'충전은 빠르게, 주행은 길게'… 전기차 배터리 수명 늘릴 '나노 갑옷' 탄생 [언박싱 연구실] 작성일 04-16 39 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true"><27>세종대 양현우·김선재 교수팀<br>탄소섬유 위에 실리콘 고르게 입힌 신구조 개발<br>40 나노미터 두께 보호막으로 '부풀어 오름' 극복<br>흑연보다 에너지 용량 2배 이상 높아</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="ZUo37ju5aO"> <div contents-hash="60e480a91054096ab9ac4cc80032c165126695dc443fab1aa2ef78c16b2c1749" dmcf-pid="5ug0zA71gs" dmcf-ptype="general"> <div data-mce-desctitle="acdesc"> <strong>택배 상자를 열 때의 설렘, 기억하시나요? 대학 연구실에서는 지금 이 순간에도 우리 삶을 바꿀 놀라운 발견들이 쏟아지고 있습니다. 다만 '논문'이라는 두꺼운 포장지에 쌓여있을 뿐이죠. '언박싱 연구실'에서는 복잡한 수식과 이론 대신, 여러분이 알고 싶은 알맹이만 쏙 골라 담겠습니다. 자자, 그럼 상자를 열어볼까요? 오늘 언박싱할 주인공은 바로 이 연구입니다.</strong> </div> </div> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="a5b652be7419856515e99db06c810d8c82c7ab2612daea124ad4667bba440753" dmcf-pid="17apqcztgm" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="이 이미지는 탄소섬유와 실리콘이 결합된 배터리 내부 구조를 보여준다. 나노미터 두께의 보호막 덕분에 충전 속도는 빨라지고 전기차 주행 거리는 훨씬 길어진다. (그래픽=제미나이 생성)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202604/16/fnnewsi/20260416144350249upzk.png" data-org-width="800" dmcf-mid="Xy4SYQWIjI" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202604/16/fnnewsi/20260416144350249upzk.png" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 이 이미지는 탄소섬유와 실리콘이 결합된 배터리 내부 구조를 보여준다. 나노미터 두께의 보호막 덕분에 충전 속도는 빨라지고 전기차 주행 거리는 훨씬 길어진다. (그래픽=제미나이 생성) </figcaption> </figure> <div contents-hash="3d601d59bc076c8b59d72962185bcb46b600c3493fcd2b2ca53d910610d78518" dmcf-pid="tm7DObsAkr" dmcf-ptype="general"> [파이낸셜뉴스] 세종대학교 나노신소재공학과 양현우·김선재 교수팀이 전기차 배터리의 용량을 획기적으로 늘리면서도 고속 충전 시 발생하는 성능 저하 문제를 효과적으로 풀어낸 실리콘 음극 기술을 개발했다. 머리카락보다 얇은 탄소 섬유 표면에 실리콘을 고르게 입혀, 충전할 때마다 실리콘이 부풀어 올라 전극이 망가지던 고질적인 한계를 구조적으로 극복했다. </div> <div contents-hash="7dd66587c293d5d983ad6ebc9dae9f46b9be5d0da52fc43ea72c6d30e0a8a521" dmcf-pid="FszwIKOckw" dmcf-ptype="general"> <div data-mce-desctitle="smtitle"> <strong>■전기차 시대의 게임 체인저</strong> </div> <br>이번 연구 성과는 차세대 리튬이온전지의 핵심 소재인 실리콘 음극의 상용화를 앞당길 것으로 보인다. 현재 전기차 시장의 가장 큰 숙제는 주행거리를 늘리고 충전 시간을 줄이는 일이다. 실리콘은 기존에 쓰이던 흑연보다 에너지를 저장할 수 있는 용량이 10배 이상 크다. 하지만 충전과 방전을 반복할 때 부피가 원래보다 3배 넘게 부풀어 오르며 전극이 파괴되는 문제 때문에 실제 적용에는 한계가 있었다. </div> <p contents-hash="c54313aae91a82cf5a92f5aa24617d51cdf0c1c73f7c9711aa964ec3339b7028" dmcf-pid="3OqrC9IkAD" dmcf-ptype="general">연구팀이 개발한 기술은 배터리의 부피 팽창 문제를 해결함과 동시에 급속 충전 성능을 비약적으로 높였다. 이 기술이 상용화되면 전기차의 완충 주행거리가 획기적으로 늘어난다. 또한 주차장에서 장시간 기다릴 필요 없이 단 몇 분 만의 급속 충전으로도 충분한 거리를 달릴 수 있게 된다. 스마트폰이나 드론 등 전력을 많이 소모하는 IT 기기를 더 오래 사용하는 데도 큰 도움이 될 전망이다. </p> <div contents-hash="ccb9b7d602a49367a2d31aa97c4ad679cdd52408fd36233baa704be75b527450" dmcf-pid="0IBmh2CEAE" dmcf-ptype="general"> <div data-mce-desctitle="smtitle"> <strong>■실리콘에 '옷'을 입히다</strong> </div> <br>양현우·김선재 교수팀은 실리콘의 고질적인 팽창 문제를 해결하기 위해 별도의 고정 틀 없이도 스스로 형태를 유지하는 '프리스탠딩(freestanding)' 구조에 주목했다. 기존 배터리 음극은 구리판 위에 전극 물질을 바르는 방식이라 물질이 부풀면 쉽게 떨어져 나갔다. 연구팀은 구리판 없이 전극 자체가 튼튼한 뼈대가 되는 탄소나노섬유 지지체를 만들었다. </div> <p contents-hash="b49d18ce92258619cdbbf4dc985ef0a8d077a84c746c666e26ae16755c9cf294" dmcf-pid="pCbslVhDkk" dmcf-ptype="general">연구 과정의 핵심은 탄소나노섬유 표면의 화학적 설계였다. 연구팀은 특수 섬유를 아주 미세한 굵기로 뽑아낸 뒤 표면에서 화학 반응이 일어나도록 설계했다. 이를 통해 실리콘 재료가 섬유 표면에 균일하게 달라붙도록 유도했다. 이후 열처리를 거쳐 탄소나노섬유라는 뼈대 위에 실리콘 보호막을 머리카락 굵기의 수천 분의 일 수준인 40~50nm(나노미터) 두께로 아주 얇고 견고하게 형성했다. </p> <div contents-hash="473e014e025b7a151192fd35211b142622b19ba8caf4621668436a2999b720e8" dmcf-pid="UhKOSflwcc" dmcf-ptype="general"> <div data-mce-desctitle="smtitle"> <strong>■'2000회 충전'에도 끄떡없는 실리콘 갑옷</strong> </div> <br>연구팀의 설계는 실제 실험 데이터에서 압도적인 성능을 증명했다. 탄소 섬유 표면에 형성된 얇고 고른 실리콘 층은 리튬 이온을 받아들여 부풀어 오를 때도 탄소 섬유 사이의 빈 공간이 이를 완충해 주었다. 전극 전체가 찢어지거나 성능이 급격히 떨어지는 현상을 원천적으로 차단한 결과다. </div> <p contents-hash="1ee3671770024a4d18add3657c25436be5eae38c4d6ec319112104b34bb7ab45" dmcf-pid="ul9Iv4SrkA" dmcf-ptype="general">성능 평가 결과는 기존 기술의 한계를 훌쩍 뛰어넘었다. 연구팀이 개발한 음극은 기존 흑연 음극보다 약 2배 더 많은 에너지를 담을 수 있는 727 mAh/g의 용량을 구현했다. 주목할 점은 장기 수명 데이터다. 이번 전극은 아주 빠른 속도로 전기를 채우고 비우는 과정을 2000번 반복해도 초기 성능의 약 80%를 그대로 유지했다. 기존 실리콘 전극이 불과 수십 번의 충전만으로도 망가졌던 것과 비교하면 비약적인 발전이다. </p> <p contents-hash="49ea384685062680fbb5a0f98d4479e632976ab14dbaa9a56bec6869275caa93" dmcf-pid="7S2CT8vmjj" dmcf-ptype="general">또한 실제 배터리 환경과 유사한 조건에서도 300회 충전 후에도 90% 이상의 성능을 유지하는 안정성을 보였다. 이는 이번 기술이 단순한 연구실 수준을 넘어 실제 제품에 바로 적용될 수 있는 높은 완성도를 갖췄음을 의미한다. 이번 연구는 재료과학 분야에서 세계적으로 손꼽히는 우수한 학술지인 'Advanced Fiber Materials'에 게재되며 기술의 혁신성을 인정받았다.</p> <p contents-hash="08b8533bedeeadd82af9e56e68fda2050886f9f3955d25150d3f2a728909c86a" dmcf-pid="zvVhy6TsAN" dmcf-ptype="general">monarch@fnnews.com 김만기 기자</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 파이낸셜뉴스. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 [오늘의 DT인] 칩에서 우주까지, 수직 계열화 완성을 꿈꾸는 일론 머스크 04-16 다음 아이템 복사부터 개인정보 탈취까지…'미토스 쇼크'에 게임 업계도 긴장 04-16 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
