“에너지 저장량↑” KAIST, 수계 아연이온배터리 설계기술 개발 작성일 08-19 53 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">- 화학과 박선아 교수팀, 양성자 차례로 저장하는 새 전극 소재 개발</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="U45FHPCEtJ"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="b94781e63c88e04d79cf97ca9fbbd62fcbe8608a366d2d3ffef2188dd1488027" dmcf-pid="u813XQhDZd" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="이번 연구를 수행한 박선아(왼쪽부터) KAIST 교수, 박근찬, 이규원, 김강민 POSTECH 학생.[KAIST 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/19/ned/20260819082510856ilkj.jpg" data-org-width="1280" dmcf-mid="3GqKuoXSHL" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/19/ned/20260819082510856ilkj.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 이번 연구를 수행한 박선아(왼쪽부터) KAIST 교수, 박근찬, 이규원, 김강민 POSTECH 학생.[KAIST 제공] </figcaption> </figure> <p contents-hash="293be3e48b87933b73b5436b538c41ace7ccfa22116e356fa8fec19a4937147e" dmcf-pid="7x0uteTsXe" dmcf-ptype="general">[헤럴드경제=구본혁 기자] 배터리 성능 저하의 원인으로 여겨졌던 양성자를 추가적인 에너지 저장원으로 활용할 수 있는 새로운 전극 소재가 개발됐다.</p> <p contents-hash="3371ad36e20680ac46f7a79f472e6aa4be3c1acc9e6b037146e9caa38a1c086f" dmcf-pid="zMp7FdyOYR" dmcf-ptype="general">이를 통해 더 많은 에너지를 저장하면서도 빠르게 충·방전할 수 있는 차세대 수계 아연이온전지 상용화 가능성을 높였다.</p> <p contents-hash="dfa045b91bacc9b2515a2d86b2a3bf167aa6b50784b62606ae992d907c4c1a92" dmcf-pid="qRUz3JWItM" dmcf-ptype="general">KAIST는 화학과 박선아 교수 연구팀이 금속과 유기 분자가 연결돼 미세한 구멍을 이루는 2차원 전도성 금속-유기 구조체(Metal–Organic Framework, MOF)를 이용해 배터리 안에서 전기를 저장하는 역할을 하는 아연 이온과 양성자(작고 빠르게 움직이는 입자)를 차례로 저장하는 새로운 전극 소재를 개발했다고 19일 밝혔다.</p> <p contents-hash="abf71903627b730379246015a58ddd80ef9f763da565d229dff7a8a50023fb2a" dmcf-pid="Beuq0iYCYx" dmcf-ptype="general">수계 아연이온전지는 물을 기반으로 한 전해질을 사용하는 배터리다. 전해질은 배터리 안에서 이온이 이동할 수 있도록 돕는 물질이다. 수계 아연이온전지는 불이 붙을 위험이 비교적 낮고 가격이 저렴하며 환경 부담도 적어, 많은 전기를 저장했다가 필요할 때 꺼내 쓰는 대규모 에너지저장장치(ESS)의 차세대 후보로 주목받고 있다.</p> <p contents-hash="d9c16fffde95eb5dbd1bcd8f7821fc01d8035de435546bc06654d7011fdd29d1" dmcf-pid="bd7BpnGhZQ" dmcf-ptype="general">아연 이온은 전하가 커 전극 안에서 빠르게 움직이기 어려워, 많은 에너지를 저장하면서 빠르게 충·방전하는 데 한계가 있다. 반면 양성자는 작고 빠르게 움직이지만, 너무 많이 반응하면 부산물이 생겨 아연 이온의 이동을 방해한다. 이 때문에 지금까지 양성자는 배터리 성능을 떨어뜨리는 ‘방해꾼’으로 여겨져 반응을 억제하는 데 초점을 맞춰왔다.</p> <p contents-hash="87e8a6029651249beea92c2aee5189e2019aa99d83a1ee9cebd6a54c52d92295" dmcf-pid="KJzbULHl5P" dmcf-ptype="general">연구팀은 양성자 반응을 없애는 대신, 아연 이온과 양성자가 저장되는 순서를 조절해 둘 다 에너지 저장에 활용하는 방법을 택했다.</p> <p contents-hash="d6f12f893bb13e655081eb2c53ffdf0b71bc9f18409a5a2f0dfdf30eb42d9c75" dmcf-pid="9iqKuoXSY6" dmcf-ptype="general">이를 위해 전극의 미세한 구멍 안에 양성자를 붙잡는 일종의 ‘저장 자리’인 아민(amine) 작용기를 넣었다. 아민 작용기가 특정 전압에서 양성자를 저장하도록 설계함으로써 아연 이온이 먼저 저장되고, 그다음 양성자가 추가로 저장되도록 한 것이다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="c074224ca139f717bfe6027da75cdfed7b2b9e6722780dff613845509e9b20d7" dmcf-pid="2nB97gZvY8" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="아연 이온과 양성자를 차례로 저장하는 새 전극 소재 모식도.[KAIST 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/19/ned/20260819082511089jfsc.jpg" data-org-width="1280" dmcf-mid="pu24bAFY1i" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/19/ned/20260819082511089jfsc.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 아연 이온과 양성자를 차례로 저장하는 새 전극 소재 모식도.[KAIST 제공] </figcaption> </figure> <p contents-hash="3b5af5512f64036eb3ee3a750ab70c56bfd884419fdf5b82318c6342fd66c0d0" dmcf-pid="VLb2za5TG4" dmcf-ptype="general">실제 전압이 높은 구간에서는 아연 이온이 먼저 저장되고, 전압이 더 낮아지면 양성자가 추가로 저장됐다. 연구팀이 개발한 전극 소재 Cu₃(HHTATP)₂에서는 이처럼 아연 이온과 양성자가 서로 다른 전압 영역에서 차례로 에너지 저장에 참여했다.</p> <p contents-hash="80be601c6543dc8443f0fbc6c35792a69e7e02af289b40893ba69e4581456654" dmcf-pid="frMdPOB3Gf" dmcf-ptype="general">개발한 전극 소재는 0.5 A g⁻¹의 조건에서 368.7 mAh g⁻¹의 높은 저장 용량을 기록했다. 쉽게 말해 적은 양의 전극 소재로도 많은 전기를 저장할 수 있다는 의미다.</p> <p contents-hash="5bea1d8848769118edf124906b92076ac3c09c8724fa530ce1cd9686e8ad3492" dmcf-pid="4mRJQIb0XV" dmcf-ptype="general">특히 충·방전 속도를 16배 높인 빠른 조건에서도 처음 저장 용량의 절반에 가까운 46.9%를 유지했다. 일반적으로 배터리는 충·방전 속도가 빨라질수록 저장할 수 있는 에너지양이 줄어드는데, 이 전극은 빠른 충·방전에서도 높은 저장 능력을 유지한 것이다. 또한 500회 이상 빠른 충·방전을 반복한 뒤에도 안정적인 성능을 나타냈다.</p> <p contents-hash="9de4b249cb990e44a6c425fc52b03eb0d958fedebaafdb3d71c8bd0a11dd1f05" dmcf-pid="8seixCKp12" dmcf-ptype="general">박선아 교수는 “이번 연구에서 제시한 설계 전략은 수계 아연이온전지뿐만 아니라 다양한 수계 에너지 저장 시스템에 적용될 수 있다”면서 “특히 빠르게 이동하는 양성자를 추가 전하 운반체로 활용할 수 있다는 점에서 고출력 에너지 저장장치, 대규모 전력 저장 시스템, 차세대 친환경 배터리 개발에 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.</p> <p contents-hash="3bab2d7edccdd9c0f2783b6388a7ca4f39a11d94ffe0fa1daddbb3667623d9b2" dmcf-pid="6OdnMh9Ut9" dmcf-ptype="general">이번 연구결과는 화학 분야 국제학술지 ‘Chem’에 게재됐다.</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 헤럴드경제. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 세계 최초 ‘AI 예술가’ 위해 설계된 미술관...심박수 따라 작품 바뀌어 08-19 다음 성균관대, LLM으로 신소재 합성 '레시피' 만든다…전고체 배터리 소재 합성 성공 08-19 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
