번개 공법으로 빚어낸 차세대 아연 배터리 [언박싱 연구실] 작성일 06-10 12 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true"><42> 한국에너지공대 서동한 교수팀<br>물·알칼리 금속 공삽입으로 효율 극대화<br>제조 에너지 10분의 1로 대폭 아껴<br>이태용 연구원·최선우 석사과정생 주도</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="x67xjBB3ad"> <div contents-hash="be71de2764be0ddea0e868c5962810165a5143200abc9a87b3d2b4d81b7c525b" dmcf-pid="yvEWUrrNke" 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. 자, 그럼 상자를 열어볼까요? 오늘 언박싱할 주인공은 바로 이 연구입니다.</strong> </div> </div> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="dff43da944274efd77ad22ba77d9664439d0f3d6fd59b97baedea605e8334b6d" dmcf-pid="WTDYummjNR" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="플라즈마(번개)를 액체 속 바나듐 산화물 원료에 쏘아 물 분자(H₂O)와 알칼리 금속(M)을 동시에 집어넣는 PAHT 공법의 개념을 형상화한 이미지. 이 공법으로 만든 아연 이온 배터리 양극재는 이론 용량의 90%에 육박하는 성능을 구현했다. (그래픽=제미나이 생성)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202606/10/fnnewsi/20260610055749327kllf.png" data-org-width="800" dmcf-mid="Q9Mkvdd8cJ" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202606/10/fnnewsi/20260610055749327kllf.png" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 플라즈마(번개)를 액체 속 바나듐 산화물 원료에 쏘아 물 분자(H₂O)와 알칼리 금속(M)을 동시에 집어넣는 PAHT 공법의 개념을 형상화한 이미지. 이 공법으로 만든 아연 이온 배터리 양극재는 이론 용량의 90%에 육박하는 성능을 구현했다. (그래픽=제미나이 생성) </figcaption> </figure> <div contents-hash="089af933b63700dbd141dfb927faefb1a76503d57071dc1fda21adf6565abc70" dmcf-pid="YywG7ssAjM" dmcf-ptype="general"> [파이낸셜뉴스] 한국에너지공과대학교(KENTECH) 서동한 교수 연구팀이 물과 알칼리 금속을 바나듐 산화물에 동시에 집어넣는 독창적인 공법으로 차세대 아연 이온 배터리의 핵심 효율을 극대화하는 데 성공했다. 특히 이번 연구를 주도한 이태용 연구원과 최선우 석사과정생은 기존 바나듐 양극재(배터리 안에서 전기를 저장하는 핵심 소재)가 가진 이론상 최대 용량의 90%에 육박하는 역대급 성능을 실제로 구현해 내며 학계의 이목을 집중시키고 있다. </div> <div contents-hash="74f147a65bb18d01732acb800a012fc8380d9bfee021d8209d14221ca1de5984" dmcf-pid="GWrHzOOcNx" dmcf-ptype="general"> <div data-mce-desctitle="smtitle"> <strong>■ 리튬 대체할 구원투수</strong> </div> <br>우리가 스마트폰이나 전기차에 흔히 쓰는 리튬 이온 배터리는 매장량이 부족해 가격이 비싸고, 무엇보다 불이 나거나 폭발할 위험이 늘 도사리고 있다. 반면 물 성분의 전해질(액체)을 쓰는 '수계 아연 이온 배터리'는 대량 생산이 쉽고 불이 나지 않아 훨씬 안전한 차세대 대용량 에너지 저장 장치(ESS)로 주목받고 있다. </div> <p contents-hash="747c58a38d51b499e3135d682bbace7fdd39c363c6797c41f320c6edc74a64c0" dmcf-pid="HYmXqIIkaQ" dmcf-ptype="general">서동한 교수와 제자들이 일궈낸 이번 성과는 그동안 아연 배터리의 가장 큰 약점이었던 느린 충·방전 속도와 짧은 배터리 수명을 동시에 해결할 수 있는 중요한 실마리를 제공했다. 앞으로 대규모 전력 저장 장치는 물론, 우리 일상 속 다양한 전자기기에 리튬 배터리를 대체할 안전하고 강력한 친환경 배터리를 보급하는 데 전환점을 마련해 줄 것으로 기대된다. </p> <div contents-hash="e48547405ccbd51bdb5066101e9979cafa7860bc6a0f6b0c4e340e49662251b9" dmcf-pid="XGsZBCCEjP" dmcf-ptype="general"> <div data-mce-desctitle="smtitle"> <strong>■ 번개처럼 빠른 제조법</strong> </div> <br>그동안 배터리 속 신소재를 만들 때는 아주 높은 온도에서 수많은 시간 동안 열을 가해야 해서 엄청난 양의 에너지가 낭비되곤 했다. 이 높은 장벽을 뛰어넘기 위해 연구팀의 이태용 연구원과 최선우 석사과정생은 '플라즈마 기반 수열 합성법(PAHT)'이라는 완전히 새로운 초고속 공법을 실험실에 도입했다. </div> <p contents-hash="509e804fdbbe04da6d782688a012abf0f3b94ca7e81d250006f0a2d12da7eb75" dmcf-pid="ZHO5bhhDg6" dmcf-ptype="general">여기서 '플라즈마'란 대자연의 번개나 형광등 속 빛처럼 기체가 엄청난 에너지를 받아 찌릿찌릿하게 활성화되어 빛나는 상태를 말한다. 이 플라즈마를 액체 상태의 원료 물질에 순식간에 쏘아주면, 에너지가 넘치는 입자들이 아주 낮은 온도(80℃ 이하)에서도 원료들을 분자 수준에서 산소와 빠르게 결합(산화)시키며 새로운 물질을 만들어내는 것이다. </p> <p contents-hash="15bce6cbeb3ddcfb1423f981e80e7290b5525dd6e7bf2f5fd3ede703e54e1c9b" dmcf-pid="5XI1Kllwk8" dmcf-ptype="general">두 제자는 단 10분 동안 플라즈마를 노출시킨 뒤 1시간 동안만 열처리를 거쳐 최종 소재를 완성해 냈다. 전체 제조 시간이 단 70분밖에 걸리지 않았으며, 기존 학계의 방식들과 비교했을 때 제조 에너지를 무려 10분의 1 수준으로 대폭 아낀 획기적인 결과였다. </p> <div contents-hash="60e5c0a08b0db6c28d17be745058b8d32e72480fce15bd1c2f7d24788f81d27a" dmcf-pid="1ZCt9SSrN4" dmcf-ptype="general"> <div data-mce-desctitle="smtitle"> <strong>■ 숨은 능력치 90% 충전</strong> </div> <br>과학계에서 '이론 용량'이란 소재가 가진 잠재력을 100% 쥐어짜 냈을 때 저장할 수 있는 과학적인 한계치를 뜻한다. 우리가 흔히 쓰는 리튬 이온 배터리의 일부 소재들은 안전을 위해 원래 가진 능력의 절반 수준(약 50%)만 꺼내 쓰도록 설계되기도 한다. 무리하게 용량을 다 쓰려고 하면 배터리 구조가 무너져 화재나 폭발로 이어질 수 있기 때문이다. </div> <p contents-hash="55b09202229bba4f9e9846a6d1e8a762f2ad71d6ca353c4bcf313d52e198721e" dmcf-pid="t5hF2vvmAf" dmcf-ptype="general">이번 연구의 주인공인 바나듐 산화물은 이론적으로 매우 높은 전기 저장 용량을 가졌음에도, 통로가 너무 좁아 아연 이온이 몇 번 드나들면 구조가 쉽게 찌그러지는 치명적인 약점이 있었다. 하지만 이태용 연구원과 최선우 석사과정생은 이 좁은 통로에 물과 알칼리 금속을 채워 넣어 구조를 대폭 넓히고 단단하게 고정하는 데 성공했다. </p> <p contents-hash="8c5865f9cce13f54d5fb7ff87a29d83586daf9dbcdb4e4f63fb58b5614510a20" dmcf-pid="F3TU8YYCkV" dmcf-ptype="general">그 결과 구조가 파괴될 걱정 없이 소재가 가진 숨겨진 능력치를 무려 90%까지 극한으로 끌어올려 전기를 꽉꽉 채워 담을 수 있게 됐다. 학계에서 이번 연구 성과를 주목하는 이유가 바로 여기에 있다. </p> <div contents-hash="943810717d4c1ab9012d8572b2c1b75ce5b3655710ccf1ed864fde134908f903" dmcf-pid="30yu6GGhk2" dmcf-ptype="general"> <div data-mce-desctitle="smtitle"> <strong>■ 4000번도 끄떡없다</strong> </div> <br>연구팀이 플라즈마로 빚어낸 배터리 양극 소재 내부를 정밀 현미경으로 관찰한 결과, 종이가 구겨진 것처럼 입체적인 나노 시트 다발 구조를 띠고 있음이 확인됐다. 이러한 구조적 특징은 배터리 성능에 극적인 변화를 가져왔다. </div> <p contents-hash="3a97cb403de5a4904613d359d1f8dbfc63dadd3943be190b3549187458ba972e" dmcf-pid="0pW7PHHlA9" dmcf-ptype="general">먼저 소재 내부에 물 분자와 알칼리 금속이 나란히 들어가 박히면서 덩치가 큰 아연 이온들이 오고 갈 수 있는 이온 고속도로 통로가 아주 넓게 확장됐다. 연구팀이 리튬, 나트륨, 포타슘 등 다양한 알칼리 금속을 테스트한 결과 포타슘(칼륨)을 넣은 소재가 단연 압도적인 성적을 냈다. 1g당 526.7mAh라는 매우 높은 용량을 기록했는데, 이는 바나듐 산화물이 과학적으로 낼 수 있는 한계치인 이론 용량의 약 90%에 육박하는 수준이다. </p> <p contents-hash="0482868204a1f773d1dc5e634663acf7c21ad2b233faaaa91c629dc340b5a8db" dmcf-pid="pUYzQXXScK" dmcf-ptype="general">내구성 또한 대폭 향상됐다. 이 배터리는 무려 4000번이나 연속으로 충전하고 방전해도 처음 용량의 94.5%를 그대로 유지하는 강력한 모습을 보였다. 연구팀은 컴퓨터 이론 계산을 통해 유독 포타슘이 뛰어난 성능을 낸 비결을 추가로 분석했다. 포타슘과 물이 결합할 때 구조가 가장 안정적으로 유지되면서 최대 3개의 아연 이온을 동시에 수용할 수 있기 때문임이 과학적으로 명쾌하게 증명됐다. </p> <p contents-hash="0932860c147f29cbfa80b34092d2952a550b6349ca44656ef2662c62fc140d2b" dmcf-pid="UuGqxZZvgb" dmcf-ptype="general">물과 알칼리 금속의 완벽한 복합 시너지 덕분에 배터리의 용량은 극대화하고 구조적 붕괴는 단단하게 막아내는 일거양득의 효과를 거둔 셈이다. 실험실에서 묵묵히 연구에 매진한 이태용 연구원과 최선우 석사과정생의 노력이 만들어낸 이 짙은 녹갈색의 신소재 분말이 인류의 친환경 에너지 미래를 한 걸음 더 앞당기고 있다.</p> <p contents-hash="e4c7c980e26fb37d8821a968e39e42bdfded446d9cda84ce1ce9f605cf208034" dmcf-pid="u7HBM55TgB" 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 ◇내일의 경기(11일) 06-10 다음 [인텔 어게인 CPU] ① AI 가속기 독주 끝났다…에이전틱 AI가 불러온 ‘CPU 왕좌탈환’ 06-10 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
