배터리 성능 저하시킨 양성자, 추가 에너지 저장원으로 작성일 08-19 29 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">KAIST</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="Kn00BVrNLG"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="4dd5bf7caf2f863f59150bd7bfa329e255cd07837623b7a13d4170bbcb329d85" dmcf-pid="9LppbfmjdY" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="KAIST 연구팀이 수계 아연이온전지의 성능 저하를 유발하는 방해꾼으로 인식하는 양성자를 오히려 에너지 저장에 활용해 성능을 높이는 기술을 개발했다. 게티이미지뱅크 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/19/dongascience/20260819133750079mzbq.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="HxmSHtJ6Lb" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/19/dongascience/20260819133750079mzbq.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> KAIST 연구팀이 수계 아연이온전지의 성능 저하를 유발하는 방해꾼으로 인식하는 양성자를 오히려 에너지 저장에 활용해 성능을 높이는 기술을 개발했다. 게티이미지뱅크 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="5619f266653541487fd36fd7732a027478c0e60b0a4814cbf4b92d0f20cf0427" dmcf-pid="2oUUK4sAJW" dmcf-ptype="general">대규모 에너지저장장치(ESS)의 차세대 배터리 후보로 주목받는 '수계 아연이온전지'에서 성능을 떨어뜨리는 요소로 여겨지는 양성자를 오히려 에너지 저장에 활용하는 기술이 개발됐다. 배터리 내 아연 이온과 양성자가 저장되는 순서를 조절해 많은 에너지를 저장하면서도 빠른 충·방전이 가능한 차세대 물 기반 배터리를 개발할 가능성이 제시됐다.</p> <p contents-hash="fc671c0abb6294a7d5ab5a6779719988f2d0dd72cc8a33e4ba32b18cef4ef63b" dmcf-pid="VoUUK4sAMy" dmcf-ptype="general"> KAIST는 박선아 화학과 교수팀이 2차원 전도성 '금속-유기 구조체(MOF)'를 활용해 배터리 내 아연 이온과 양성자를 차례로 저장하는 새로운 전극 소재를 개발했다고 19일 밝혔다. MOF는 금속과 유기 분자가 연결돼 미세한 구멍을 이루는 소재다. 연구결과는 국제학술지 '켐'에 지난달 7일 게재됐다.</p> <p contents-hash="f6015be771c67569c919fc392c3d339661018e7e22ffb33e7a1a3eae57fd90c9" dmcf-pid="fguu98OcdT" dmcf-ptype="general"> 수계 아연이온전지는 물을 기반으로 한 전해질과 아연 금속을 사용하는 충전식 배터리다. 화재 위험이 비교적 낮고 가격이 저렴하며 친환경적이어서 대규모 에너지저장장치(ESS)에 활용할 차세대 배터리 후보로 주목받는다.</p> <p contents-hash="750fe457ad389e50291ec5bea1336dafca92506921fab8851f0105bd2624451d" dmcf-pid="4a7726Ikev" dmcf-ptype="general"> 아연 이온은 전하가 커 전극 안에서 이동 속도가 느리다. 배터리에 많은 에너지를 저장하면서 충·방전 속도를 높이기 어려운 이유다.</p> <p contents-hash="65b8d64b1d09d46d86e10ec9d2eb7751f2d4fd85eae906624aed28f2eeb6b232" dmcf-pid="8NzzVPCEnS" dmcf-ptype="general"> 양성자는 작고 빠르게 움직이지만 너무 많이 반응하면 부산물이 생겨 아연 이온의 이동을 방해한다. 기존 연구는 양성자를 배터리 성능을 떨어뜨리는 요소로 여기고 반응을 억제하는 데 초점을 맞춘다.</p> <p contents-hash="8dcc6a228ee355c9856e72736f968720bc967637e1115d746401f58845968dc3" dmcf-pid="6jqqfQhDLl" dmcf-ptype="general"> 연구팀은 양성자 반응을 없애는 대신 아연 이온과 양성자의 저장 순서를 조절하는 방식을 활용했다. 전극의 미세한 구멍 안에 양성자를 붙잡는 '아민 작용기'를 넣어 새로운 전극 소재 'Cu₃(HHTATP)₂'를 개발했다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="18a658f80fd995590495b481846882221d40a26dad64c34727f38b3fd058931f" dmcf-pid="PABB4xlwMh" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="연구팀은 아연 이온과 양성자 저장 순서를 제어해 배터리 성능을 향상시켰다. AI 생성이미지. KAIST 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/19/dongascience/20260819133751322ssqy.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="qw00BVrNnZ" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/19/dongascience/20260819133751322ssqy.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 연구팀은 아연 이온과 양성자 저장 순서를 제어해 배터리 성능을 향상시켰다. AI 생성이미지. KAIST 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="d40f759567c5fafa1aed6a967849147229678b72eff6d0e0b58b98a72d0d7735" dmcf-pid="Qcbb8MSrMC" dmcf-ptype="general">아민 작용기는 특정 전압에서 양성자를 저장하도록 설계됐다. 양성자가 너무 일찍 반응하면 부산물이 생겨 아연 이온 이동을 방해한다.</p> <p contents-hash="a98672c1a40b5646f0d91d0372abdc153d40385c4a63f81f127bc57bc3650c0a" dmcf-pid="xkKK6RvmMI" dmcf-ptype="general"> 연구팀이 개발한 전극 소재는 전압이 높은 구간에서는 아연 이온이 먼저 저장된 후 전압이 낮아지면 양성자가 추가로 저장된다. 아연 이온과 양성자가 서로 다른 전압 영역에서 차례로 에너지 저장에 참여하는 것이다.</p> <p contents-hash="6e5878f8da91c61a25f607c8ee507db3cd44e2405550a0ddd9d765da38bb7d2e" dmcf-pid="y7mmSYPKRO" dmcf-ptype="general"> 새로운 전극 소재는 충·방전 속도를 16배 올린 조건에서 초기 저장 용량의 46.9%를 유지했다. 500회 이상 빠른 충·방전을 반복한 뒤에도 안정적인 성능을 보였다.</p> <p contents-hash="2ad6e0853dfb55d8ba9adfa52d3aeb79f1eeb62b4611ab7e743a7e97ecadd043" dmcf-pid="WzssvGQ9es" dmcf-ptype="general"> 연구팀은 다양한 X선 분석법으로 아연 이온이 먼저 저장된 뒤 양성자가 추가로 저장되는 과정을 확인했다. 양성자를 저장했다가 다시 내보내는 과정을 반복할 수 있다는 사실도 발견했다.</p> <p contents-hash="5401b7b5617ce2449ed92efa2f07130be5a7cc5ea9997cf2d70c015768805d61" dmcf-pid="YqOOTHx2Lm" dmcf-ptype="general"> 연구팀은 "다공성 전극 소재에서 고용량과 빠른 이온 수송을 동시에 구현하기 어렵다는 한계를 극복했다는 점에서 의미가 있다"고 설명했다. 분자 수준의 설계로 서로 다른 이온이 저장되는 순서를 제어할 수 있음을 보여 차세대 수계 아연이온전지 개발에 새로운 방향을 제시했다는 평가다. 향후 ESS 등에 활용되는 물 기반 배터리 성능을 높이는 데 기여할 것으로 기대된다.</p> <p contents-hash="413b0855effbfc58828431e7085d6bc5163585f8632f07bb9d149633d6b08df3" dmcf-pid="GBIIyXMVnr" dmcf-ptype="general"> 박선아 교수는 "기존에 배터리 성능을 떨어뜨릴 수 있는 방해꾼으로 여겼던 양성자를 오히려 에너지를 더 저장하는 데 활용할 수 있음을 보여줬다”며 “이번 원리를 다양한 전극 소재에 적용해 더 많은 에너지를 빠르게 저장할 수 있는 배터리를 개발할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.</p> <p contents-hash="9e4c28b27552f696be7ee74006c3833b39d79a56ac2678e0cdbff116a1e5945d" dmcf-pid="HjqqfQhDiw" dmcf-ptype="general"> <참고 자료><br> doi.org/10.1016/j.chempr.2026.103129<br> </p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="7a973134c1c4365fa4b8630d8b9acea9111cd9c1ede79da2f14211e7ca3fe827" dmcf-pid="XABB4xlwMD" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="왼쪽부터 박선아 KAIST 교수, 박근찬 포스텍 학생, 이규원 포스텍 석사졸업생, 김강민 포스텍 학생. KAIST 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/19/dongascience/20260819133752667cnuv.png" data-org-width="680" dmcf-mid="bYeegc3GeH" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/19/dongascience/20260819133752667cnuv.png" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 왼쪽부터 박선아 KAIST 교수, 박근찬 포스텍 학생, 이규원 포스텍 석사졸업생, 김강민 포스텍 학생. KAIST 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="5a5466c46f8a2396369e8f299f4cd378f57020ab01b241fcc69969196ffd40ac" dmcf-pid="Zcbb8MSrJE" dmcf-ptype="general">[문혜원 기자 moony@donga.com]</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 동아사이언스. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 “세계 최고 의료기기 개발해 시장으로”…범부처의료기기연구개발사업단, ‘게임체인저’ 육성 08-19 다음 中 휴머노이드 AI칩도 '자국우선주의' 확산...K-반도체에 불똥튀나 08-19 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
