KPI뉴스 - 포스텍 연구팀, 전기차 배터리 성능과 수명 동시 개선 성공

  • 맑음부여16.1℃
  • 맑음순천13.2℃
  • 맑음산청15.4℃
  • 맑음제천14.8℃
  • 맑음대구17.4℃
  • 맑음거창14.2℃
  • 맑음완도16.8℃
  • 흐림영천16.7℃
  • 맑음강화17.9℃
  • 맑음통영17.1℃
  • 맑음제주18.5℃
  • 맑음금산16.4℃
  • 맑음강진군16.5℃
  • 맑음인제13.0℃
  • 맑음구미15.4℃
  • 맑음청송군11.5℃
  • 맑음장흥15.9℃
  • 맑음봉화11.1℃
  • 맑음남원16.8℃
  • 맑음군산15.7℃
  • 맑음상주16.9℃
  • 맑음세종18.2℃
  • 맑음강릉15.4℃
  • 맑음이천21.3℃
  • 맑음서귀포19.2℃
  • 구름많음경주시16.8℃
  • 맑음고산17.1℃
  • 맑음서울22.3℃
  • 맑음창원18.6℃
  • 맑음서산16.3℃
  • 맑음청주21.8℃
  • 맑음대관령6.0℃
  • 맑음보령14.9℃
  • 맑음광양시17.6℃
  • 맑음보은18.3℃
  • 맑음북춘천16.6℃
  • 맑음속초14.6℃
  • 맑음장수13.4℃
  • 맑음의성13.0℃
  • 맑음함양군13.9℃
  • 맑음태백9.7℃
  • 맑음영월15.5℃
  • 맑음영주13.4℃
  • 흐림포항17.1℃
  • 맑음북창원18.1℃
  • 맑음충주17.4℃
  • 맑음진주14.1℃
  • 흐림울산15.4℃
  • 맑음양산시18.2℃
  • 맑음동해15.8℃
  • 맑음북부산17.6℃
  • 맑음영광군16.0℃
  • 맑음백령도15.3℃
  • 맑음양평19.6℃
  • 맑음대전20.9℃
  • 맑음정선군12.0℃
  • 맑음여수17.7℃
  • 맑음수원19.9℃
  • 맑음서청주19.6℃
  • 맑음고창16.9℃
  • 맑음천안17.4℃
  • 맑음순창군16.9℃
  • 흐림영덕15.6℃
  • 맑음전주18.4℃
  • 맑음의령군14.2℃
  • 맑음안동15.3℃
  • 맑음임실15.9℃
  • 맑음인천18.6℃
  • 맑음진도군14.6℃
  • 맑음북강릉13.6℃
  • 맑음해남16.8℃
  • 박무홍성18.1℃
  • 맑음남해16.3℃
  • 맑음원주21.5℃
  • 맑음고흥14.7℃
  • 맑음고창군16.5℃
  • 맑음부안17.2℃
  • 맑음밀양15.8℃
  • 맑음광주19.7℃
  • 맑음거제16.8℃
  • 맑음홍천18.0℃
  • 맑음철원17.2℃
  • 맑음추풍령13.5℃
  • 맑음동두천18.8℃
  • 맑음목포17.4℃
  • 맑음춘천17.6℃
  • 맑음성산18.2℃
  • 맑음부산17.0℃
  • 맑음합천15.3℃
  • 맑음김해시17.0℃
  • 흐림울진16.3℃
  • 맑음흑산도14.1℃
  • 맑음파주17.2℃
  • 맑음문경14.9℃
  • 맑음보성군14.7℃
  • 맑음정읍17.6℃
  • 흐림울릉도14.0℃

포스텍 연구팀, 전기차 배터리 성능과 수명 동시 개선 성공

장영태 기자
기사승인 : 2025-07-09 09:16:49
지르코늄으로 전극 접착력 조절…고용량·고수명 배터리 구현

전기차 배터리가 더 오래가고 더 강력해질 수 있는 새로운 해법이 제시됐다.

 

포스텍은 김원배 교수 연구팀이 전극 촉매의 '붙는 힘'을 원자 수준에서 정밀하게 조절해 리튬황배터리의 성능과 수명을 동시에 개선하는 데 성공했다고 9일 밝혔다. 이번 연구는 소재·화학·나노 분야 국제 학술지인 '스몰'에 게재됐다.

 

▲ 포스텍 김원배 교수. [포스텍 제공]

 

리튬황배터리는 차세대 배터리의 유력한 후보로 꼽힌다. 값비싼 희귀 금속 대신 풍부한 황을 사용해 제조 비용을 크게 낮출 수 있고, 에너지 저장 용량도 기존 리튬이온배터리의 5배 이상이다. 전기차의 주행거리를 크게 늘리고, 에너지저장 장치의 효율을 크게 높일 수 있어 '게임체인저'로 기대를 모으고 있다.

 

그러나 치명적인 약점이 있었다. 배터리 충·방전 과정에서 황과 리튬이 반응해 생기는 '리튬 폴리설파이드'가 전해질에 녹아 음극으로 이동하면서 리튬 금속을 손상한다. 이른바 '셔틀 효과'로 불리며, 배터리의 수명을 빠르게 줄이는 주요 원인이다.

 

이를 해결하려면 폴리설파이드를 전극의 표면에 잘 붙잡아 두되 반응이 끝나면 쉽게 떨어지도록 하는 균형이 필요하다. 이처럼 '붙었다 떨어지는 힘'을 미세하게 조절하기 위해 촉매 표면에 지르코늄 이온을 원자 단위로 고르게 분산시키는 방식을 고안했다. 핵심은 폴리설파이드가 전극에 '적당히' 달라붙게 하는 것이다. 너무 강하게 붙으면 반응 속도가 느려지고, 너무 약하면 셔틀 효과가 발생한다.

 

▲ 지르코늄 원자제어 도핑에 따른 리튬 폴리설파이드의 촉매 흡착에너지 조절 모식도. [포스코 제공]

 

컴퓨터 시뮬레이션 결과, 연구팀이 촉매 표면의 전자 구조를 조절하자 소량의 지르코늄 첨가만으로도 접착력이 적절히 낮아져 배터리 충·방전 과정이 원활하게 진행된다는 사실을 확인했다.

 

연구팀이 만든 전극은 일반적인 충전 속도로 1000회 이상 충·방전해도 초기 용량의 93% 이상을 유지했고, 고속 충전에서도 뛰어난 내구성을 보였다. 또한, 실제와 유사한 고밀도 황과 적은 전해질 조건에서도 높은 에너지 용량을 오래 유지했다.

 

김원배 교수는 "리튬황배터리 상용화를 가로막던 난제를 전자적 접착력 조절로 풀어낸 연구"라며 "저비용·고용량 배터리 생산에 한 걸음 더 다가서 탄소중립 시대의 에너지 저장 솔루션에 기여할 것"이라고 말했다.

 

KPI뉴스 / 장영태 기자 3678jyt@kpinews.kr

 

[저작권자ⓒ KPI뉴스. 무단전재-재배포 금지]