KPI뉴스 - 포스텍 연구팀, 분자 조절 멤브레인으로 양극·음극 동시 안정화

  • 흐림양평6.5℃
  • 흐림영덕9.8℃
  • 구름많음속초12.5℃
  • 흐림세종8.2℃
  • 구름많음울릉도14.8℃
  • 박무인천11.2℃
  • 박무백령도14.2℃
  • 흐림북창원11.8℃
  • 흐림통영14.0℃
  • 구름많음북강릉14.1℃
  • 흐림제천5.4℃
  • 흐림원주6.3℃
  • 흐림고산17.4℃
  • 흐림여수13.2℃
  • 흐림고흥12.4℃
  • 흐림홍천4.5℃
  • 구름많음강릉12.9℃
  • 안개북춘천5.0℃
  • 흐림태백3.7℃
  • 구름많음철원5.2℃
  • 흐림상주6.0℃
  • 흐림장수6.1℃
  • 흐림영월4.0℃
  • 흐림함양군6.7℃
  • 흐림보은5.6℃
  • 안개안동5.4℃
  • 흐림파주6.6℃
  • 흐림진주8.5℃
  • 흐림산청7.4℃
  • 흐림청송군3.6℃
  • 흐림흑산도14.8℃
  • 흐림진도군10.9℃
  • 흐림제주17.1℃
  • 흐림경주시7.2℃
  • 흐림서산10.4℃
  • 흐림고창10.2℃
  • 흐림장흥10.4℃
  • 흐림서울10.1℃
  • 흐림동두천7.6℃
  • 흐림서청주7.4℃
  • 흐림서귀포17.8℃
  • 구름많음대관령2.4℃
  • 흐림포항10.9℃
  • 흐림홍성8.4℃
  • 흐림금산6.7℃
  • 흐림목포12.1℃
  • 흐림충주6.4℃
  • 흐림합천8.0℃
  • 흐림고창군10.7℃
  • 흐림영광군10.8℃
  • 흐림대구7.3℃
  • 흐림울진9.8℃
  • 흐림구미7.4℃
  • 흐림군산10.7℃
  • 흐림전주10.6℃
  • 흐림거제13.9℃
  • 흐림강진군11.2℃
  • 흐림정읍9.9℃
  • 흐림순천7.6℃
  • 흐림부안10.0℃
  • 흐림임실7.9℃
  • 흐림추풍령6.8℃
  • 흐림김해시12.3℃
  • 흐림부여9.2℃
  • 흐림창원12.0℃
  • 흐림정선군4.0℃
  • 구름많음부산15.9℃
  • 흐림영주6.1℃
  • 흐림대전8.8℃
  • 흐림밀양8.8℃
  • 흐림천안7.4℃
  • 흐림의성4.9℃
  • 흐림울산11.6℃
  • 구름많음북부산12.1℃
  • 흐림광양시13.3℃
  • 흐림남원8.3℃
  • 흐림양산시12.6℃
  • 흐림의령군7.1℃
  • 흐림광주11.4℃
  • 흐림성산18.2℃
  • 흐림해남11.4℃
  • 흐림이천6.1℃
  • 흐림거창5.9℃
  • 흐림남해11.8℃
  • 흐림인제3.6℃
  • 흐림보성군11.2℃
  • 흐림영천5.7℃
  • 흐림춘천6.1℃
  • 흐림순창군8.2℃
  • 구름많음동해11.6℃
  • 흐림청주9.1℃
  • 흐림강화11.3℃
  • 흐림수원10.8℃
  • 흐림보령11.5℃
  • 흐림문경6.6℃
  • 흐림봉화3.5℃
  • 흐림완도12.4℃

포스텍 연구팀, 분자 조절 멤브레인으로 양극·음극 동시 안정화

장영태 기자 Google구글에서 선호하는 출처로 추가
기사승인 : 2025-11-21 10:02:28
"분자 한 겹 차이"…리튬전지 폭발 위험↓, 수명 두 배↑
대형 전력망에도 쓸 수 있는 높은 내구성·안전성 갖춘 실용 기술

포스텍 연구팀이 전기차 배터리 폭발 위험을 막고 수명을 두 배 이상 늘리는 분리막 기술을 개발했다.

 

▲ 포스텍 화학과 박수진 교수(왼쪽)와 경상대 이태경 교수. [포스텍 제공]

 

포스텍은 화학과 박수진 교수, 한동엽 박사, 경상대 이태경 교수, 이지윤 연구원, 한국에너지기술연구원 송규진 박사로 구성된 공동연구팀이 '분자조절 멤브레인' 기술을 개발해 에너지 소재 분야 국제 학술지인 '에너지 앤 인바이런먼털 사이언스'에 발표했다고 21일 밝혔다.

 

리튬이온전지는 전기차와 에너지저장장치에 널리 쓰이지만 저장할 수 있는 에너지의 양이 한계에 다다르면서 같은 크기에서 약 1.5배 더 많은 에너지를 담을 수 있는 리튬금속전지가 차세대 전지로 주목받고 있다.

 

전기차로 치면 한 번 충전해 400㎞를 달리던 것을 650~700㎞까지 늘릴 수 있게 된 셈이다.

 

문제는 안전이다. 리튬금속전지를 충·방전할 때, 리튬이 전극 표면에 고르게 쌓이지 않고 나뭇가지처럼 삐죽삐죽 자란다. 이를 '덴드라이트'라 부른다.

 

이것이 전극 사이 분리막을 뚫고 반대편까지 닿으면, 배터리 안에서 합선이 일어나고 폭발이나 화재로 이어질 수 있다.

 

연구팀은 양극과 음극 사이에 끼워진 분리막에 분자 수준 기능을 넣었다. 단순한 분리막 표면에 플루오린(-F)과 산소(-O) 기반 극성 작용기를 화학적으로 붙여 전극 경계면에서 일어나는 반응을 세밀하게 조절할 수 있도록 설계했다.

 

그 결과, 리튬 금속이 쌓이는 음극에서는 리튬 플루오라이드(LiF) 보호층이 고르게 만들어져 덴드라이트 생성을 막았다. 

 

양극에서는 해로운 불화수소(HF) 생성을 차단해 전극이 무너지는 것을 막았다. 한 장의 얇은 분리막이 양극과 음극을 동시에 안정화하는 '이중 보호막' 역할을 한 것이다.

 

실제 전기차 구동 환경에 가까운 조건에서 실험한 결과, 높은 온도(55°C)와 적은 전해액, 얇은 리튬 음극이라는 까다로운 조건에서도 208회 충·방전 후 처음 용량의 80%를 유지하며 안정적으로 작동했다.

 

파우치형 전지로 만든 셀은 무게당 385.1Wh/kg, 부피당 1135.6Wh/L의 높은 에너지 밀도를 기록했다. 지금 쓰이는 리튬이온전지(250Wh/kg, 650Wh/L)보다 각각 약 1.5배와 1.7배 높은 수치다.

 

연구를 주도한 포스텍 박수진 교수는 "이번 연구는 분자 한 겹 설계만으로 리튬금속전지 양극과 음극을 동시에 안정화한 혁신적 사례"라며 "수명과 안정성, 에너지 밀도를 모두 높이면서 지금 있는 리튬이온전지 공정에도 바로 적용할 수 있는 실용적 성과"라고 밝혔다.

 

KPI뉴스 / 장영태 기자 3678jyt@kpinews.kr

 

[저작권자ⓒ KPI뉴스. 무단전재-재배포 금지]