전극 표면 설계로 수명 증가···무음극 리튬 전지 상용화 해법 찾았다 작성일 01-04 8 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">KAIST, 계면 불안정성 문제 근본적으로 해결</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="WjN2fEMVrj"> <p contents-hash="03000f532e4dae7b86e62313b0e7bb39c72055666a8850cf6227a5f8e66fba9b" dmcf-pid="YAjV4DRfON" dmcf-ptype="general"> [이데일리 강민구 기자] 한국과학기술원(KAIST) 연구진이 전극 표면 설계만으로 배터리 수명을 늘리는데 성공했다. 이를 통해 차세대 무음극 리튬 전지의 상용화 가능성을 높였다.</p> <p contents-hash="99848a1a51e76f3d7701ac158eab094a40bd3bd2c229314c08c7056e73ce6b0f" dmcf-pid="GrwQMILxIa" dmcf-ptype="general">KAIST는 이진우·임성갑 화학생명공학과 교수 연구팀이 전극 표면에 두께 15나노미터(nm) 초극박 인공 고분자층을 도입해 무음극 금속 전지의 최대 약점인 계면 불안정성 문제를 해결했다고 4일 밝혔다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="a49d63dc50e968ce405dc70a6f1afdb324bd960a843ea7155016dc77b226cb53" dmcf-pid="HmrxRCoMmg" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="KAIST 연구진.(왼쪽부터)이주현 박사과정, 김진욱 박사후연구원, 이진우 교수.(사진=KAIST)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202601/04/Edaily/20260104120222427ztgl.jpg" data-org-width="670" dmcf-mid="xIlnoWkLrc" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202601/04/Edaily/20260104120222427ztgl.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> KAIST 연구진.(왼쪽부터)이주현 박사과정, 김진욱 박사후연구원, 이진우 교수.(사진=KAIST) </figcaption> </figure> <div contents-hash="f21af246a4546394c10e90de02bf8abaf4f8143ff8f8b0117a7cf96ef0c31068" dmcf-pid="XsmMehgRro" dmcf-ptype="general"> 무음극 금속 전지는 전기차와 드론, 차세대 고성능 배터리 후보로 주목받은 차세대 전지이다. 이 전지는 음극에 흑연이나 리튬 금속 대신 구리 집전체만 사용하는 단순 구조를 갖는다. 기존 리튬이온전지 대비 30~50% 높은 에너지 밀도, 낮은 제조 비용, 공정 단순화라는 장점이 있지만, 초기 충전 과정에서 리튬이 구리 표면에 직접 쌓이며 전해질이 빠르게 소모되고 불안정한 보호막이 형성돼 수명이 줄어드는 문제가 있었다. </div> <p contents-hash="7c69091e9532acfcf9413c91c2b2797ec0b432f1f35085d2f8afccec67d3e729" dmcf-pid="ZOsRdlaesL" dmcf-ptype="general">연구팀은 전해질 조성을 바꾸는 대신 문제가 시작되는 전극 표면 자체를 설계하는 전략을 선택했다. iCVD(개시제 기반 화학증착) 공정을 이용해 구리 집전체 위에 균일한 초박막 고분자층을 형성한 결과, 이 층이 전해질과의 상호작용을 조절해 리튬 이온 이동과 전해질 분해 경로를 제어하는 것으로 나타났다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="87cc8c2b32e37a3cabe0c021a40dff4c9cb57272d5ec3f8399c66837b3b90472" dmcf-pid="5IOeJSNdmn" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="전극 표면에 두께 15나노미터의 초극박 인공 고분자층을 도입한 모습.(사진=KAIST)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202601/04/Edaily/20260104120223657uvxg.jpg" data-org-width="670" dmcf-mid="yz7lvKXSOA" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202601/04/Edaily/20260104120223657uvxg.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 전극 표면에 두께 15나노미터의 초극박 인공 고분자층을 도입한 모습.(사진=KAIST) </figcaption> </figure> <div contents-hash="0291e63c4867059b93251bf94dc5c45826e561850313280cab372def078e78e2" dmcf-pid="1CIdivjJOi" dmcf-ptype="general"> 기존 전지에서는 전해질 용매가 분해되며 부드럽고 불안정한 유기물 보호막이 형성돼 리튬이 고르게 쌓이지 않고 가시처럼 뾰족한 수지상이 쉽게 자랐다. 반면 이번 연구에서 개발된 고분자층은 전해질 용매와 잘 섞이지 않아, 용매 대신 염 성분의 분해를 유도했다. 그 결과 단단하고 안정적인 무기물 보호막(SEI)이 형성되며 전해질 소모와 과도한 보호막 성장이 동시에 억제됐다. </div> <p contents-hash="4fd42a1274265b530e5afba836304f22d473c663afceee2a8bd55fe2b2cbd0f7" dmcf-pid="thCJnTAisJ" dmcf-ptype="general">연구팀은 분석과 시뮬레이션으로 전지 작동 중 전극 표면에 음이온이 풍부한 환경이 형성되고, 이것이 안정적인 무기물 보호막 생성으로 이어진다는 사실을 확인했다.</p> <p contents-hash="cf1301e8afe70c1c37b3d02488511d8668b1ccb4ee874e6614143528cb30c558" dmcf-pid="FlhiLycnId" dmcf-ptype="general">이번 기술은 전해질 조성 변경 없이 전극 표면에 얇은 층만 추가하는 방식으로, 기존 공정과의 호환성이 높고 비용 부담도 적다.</p> <p contents-hash="fbf24f498938b0b4c4db766148e7ae3f0a5432f737d7405744804b9daf013bbb" dmcf-pid="3SlnoWkLDe" dmcf-ptype="general">이진우 교수는 “새로운 소재 개발을 넘어 전극 표면 설계를 통해 전해질 반응과 계면 안정성을 제어할 수 있다는 설계 원리를 제시했다”며 “전기차와 에너지저장장치(ESS) 등 차세대 고에너지 배터리 시장에서 무음극 리튬 금속 전지 상용화를 앞당길 기술”이라고 말했다.</p> <p contents-hash="e15466386241faa1269e519470470b834e09b23e52445cccecc607daf8737f2f" dmcf-pid="0vSLgYEoDR" dmcf-ptype="general">연구 결과는 에너지 분야 국제 학술지 ‘줄(Joule)’에 지난해 12월 10일자로 게재됐다.</p> <p contents-hash="d68e77d3d912defd62b42734a99404070b3f0ab156e09e4c8d64cde9917a589c" dmcf-pid="pMx3pJb0OM" dmcf-ptype="general">강민구 (science1@edaily.co.kr) </p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 이데일리. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 '1000평대 친정집' 한다감, 안경 너머 청초 미모 실화냐…일상이 화보 01-04 다음 우리 기술로 'K스페이스 도전'…올해 우주 R&D 사업에 1조 쏟는다 01-04 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
