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

  • 맑음고창11.0℃
  • 맑음성산14.0℃
  • 맑음울산12.5℃
  • 흐림홍천9.2℃
  • 맑음상주11.7℃
  • 맑음밀양8.2℃
  • 구름많음부여8.2℃
  • 흐림태백9.6℃
  • 맑음보은7.1℃
  • 맑음남해13.4℃
  • 구름많음천안9.7℃
  • 구름많음속초16.4℃
  • 맑음양산시11.1℃
  • 구름많음남원9.5℃
  • 맑음여수13.0℃
  • 맑음금산7.0℃
  • 흐림충주10.8℃
  • 맑음경주시8.9℃
  • 흐림이천12.2℃
  • 맑음거창9.5℃
  • 맑음진주7.5℃
  • 맑음산청11.6℃
  • 흐림영월7.5℃
  • 맑음광주11.1℃
  • 구름많음북춘천12.5℃
  • 구름많음춘천13.4℃
  • 맑음고흥11.8℃
  • 맑음포항13.0℃
  • 흐림봉화6.2℃
  • 구름많음인제12.8℃
  • 맑음인천12.8℃
  • 맑음함양군8.3℃
  • 맑음문경13.4℃
  • 맑음영천9.9℃
  • 맑음창원11.9℃
  • 맑음백령도11.4℃
  • 맑음완도14.7℃
  • 맑음흑산도15.6℃
  • 맑음의령군9.1℃
  • 맑음영광군11.8℃
  • 흐림장수11.2℃
  • 맑음동해15.0℃
  • 맑음구미11.8℃
  • 흐림제천7.5℃
  • 구름많음강화12.9℃
  • 맑음해남12.0℃
  • 맑음북부산8.9℃
  • 맑음통영11.2℃
  • 맑음순천12.0℃
  • 구름많음영주12.7℃
  • 흐림군산14.9℃
  • 맑음울진12.3℃
  • 맑음전주10.0℃
  • 흐림서산13.0℃
  • 구름많음서울12.5℃
  • 맑음진도군15.4℃
  • 구름많음북강릉13.6℃
  • 흐림동두천12.0℃
  • 맑음서청주8.5℃
  • 맑음대구8.8℃
  • 맑음거제10.4℃
  • 맑음추풍령10.9℃
  • 맑음합천8.8℃
  • 맑음제주16.7℃
  • 맑음서귀포15.7℃
  • 흐림파주11.8℃
  • 맑음목포14.9℃
  • 맑음청송군6.8℃
  • 맑음북창원10.6℃
  • 흐림원주12.9℃
  • 맑음부산12.0℃
  • 맑음대전9.5℃
  • 흐림임실9.3℃
  • 맑음부안11.5℃
  • 흐림정선군8.4℃
  • 맑음청주11.3℃
  • 흐림보령15.1℃
  • 맑음고창군8.8℃
  • 맑음김해시10.7℃
  • 맑음의성7.0℃
  • 맑음세종10.1℃
  • 맑음정읍10.6℃
  • 맑음영덕12.0℃
  • 흐림수원11.7℃
  • 맑음순창군9.6℃
  • 구름많음강릉15.2℃
  • 맑음장흥10.8℃
  • 맑음울릉도13.4℃
  • 비홍성13.0℃
  • 맑음강진군14.9℃
  • 맑음고산16.2℃
  • 맑음광양시11.6℃
  • 맑음안동9.1℃
  • 맑음보성군12.5℃
  • 구름많음철원12.6℃
  • 흐림대관령7.7℃
  • 흐림양평13.2℃

포스텍 연구팀, 전기차 배터리 성능과 수명 동시 개선 성공

장영태 기자 Google구글에서 선호하는 출처로 추가
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]