KPI뉴스 - 빨리 늙는 배터리, 알루미늄이 막는다

  • 맑음장수20.5℃
  • 맑음밀양24.1℃
  • 맑음영주22.8℃
  • 맑음보령28.7℃
  • 맑음성산26.4℃
  • 맑음북창원26.0℃
  • 맑음울진27.1℃
  • 맑음부안25.8℃
  • 맑음남원24.1℃
  • 맑음금산23.1℃
  • 맑음서청주23.9℃
  • 구름많음고산26.9℃
  • 맑음구미24.7℃
  • 맑음해남27.3℃
  • 맑음흑산도24.0℃
  • 맑음진주23.1℃
  • 박무북춘천23.5℃
  • 맑음강진군28.0℃
  • 맑음강릉28.3℃
  • 구름많음울릉도28.8℃
  • 맑음동두천22.8℃
  • 맑음인천26.8℃
  • 맑음산청24.6℃
  • 흐림서귀포27.3℃
  • 맑음남해25.2℃
  • 맑음강화23.9℃
  • 맑음대전25.1℃
  • 구름많음포항27.5℃
  • 맑음보성군26.5℃
  • 맑음양평23.7℃
  • 맑음고창군28.4℃
  • 맑음제천22.3℃
  • 구름많음문경23.4℃
  • 맑음서울25.3℃
  • 맑음천안23.1℃
  • 맑음양산시24.8℃
  • 맑음정읍28.5℃
  • 맑음전주26.5℃
  • 맑음순천23.1℃
  • 맑음창원25.2℃
  • 맑음홍천23.2℃
  • 맑음거창22.0℃
  • 맑음김해시25.3℃
  • 맑음상주24.6℃
  • 맑음세종23.9℃
  • 구름많음영천23.1℃
  • 맑음광양시26.5℃
  • 맑음대구25.8℃
  • 맑음여수26.8℃
  • 맑음북부산24.9℃
  • 맑음진도군27.5℃
  • 구름많음경주시24.2℃
  • 맑음의령군23.0℃
  • 비제주29.4℃
  • 맑음서산24.4℃
  • 구름많음철원22.6℃
  • 맑음정선군22.2℃
  • 맑음백령도22.9℃
  • 맑음영덕25.0℃
  • 맑음고창28.0℃
  • 맑음수원24.6℃
  • 맑음의성23.0℃
  • 맑음영월23.4℃
  • 맑음충주24.5℃
  • 맑음동해26.1℃
  • 맑음대관령21.5℃
  • 맑음청주26.7℃
  • 맑음이천24.2℃
  • 맑음추풍령23.6℃
  • 맑음안동23.8℃
  • 맑음영광군27.0℃
  • 맑음속초26.3℃
  • 구름많음장흥27.5℃
  • 맑음홍성24.5℃
  • 맑음합천23.5℃
  • 맑음부여23.7℃
  • 구름많음인제22.4℃
  • 맑음고흥26.8℃
  • 맑음군산26.3℃
  • 맑음부산27.6℃
  • 맑음원주24.3℃
  • 맑음함양군21.8℃
  • 구름많음목포27.7℃
  • 맑음거제24.0℃
  • 맑음광주28.2℃
  • 구름많음청송군21.6℃
  • 맑음태백21.7℃
  • 맑음봉화20.8℃
  • 맑음춘천23.7℃
  • 맑음북강릉26.0℃
  • 맑음완도26.9℃
  • 맑음통영24.3℃
  • 맑음파주22.7℃
  • 맑음울산24.7℃
  • 맑음순창군27.2℃
  • 맑음임실26.2℃
  • 맑음보은24.2℃

빨리 늙는 배터리, 알루미늄이 막는다

장영태 기자
기사승인 : 2025-12-03 14:34:35
포스텍 연구팀, 고니켈계 양극재의 용량 저하의 원인 규명
차세대 고에너지밀도·장수명 배터리 설계를 위한 핵심 전략 제시

포스텍은 친환경소재대학원 배터리공학과·신소재공학과 박규영 교수 연구팀이 구조 뒤틀림으로 '산소 이중 정공(산소 구멍)'이 생겨 배터리 수명이 줄어들고 알루미늄을 소량 첨가해 산소 정공 생성을 막으면 수명이 획기적으로 늘어난다는 사실을 확인했다고 3일 밝혔다.

 

▲ 포스텍 친환경소재대학원 배터리공학과·신소재공학과 박규영 교수. [포스텍 제공]

 

이번 연구는 국제 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈' 온라인판에 게재됐다.

 

전기차 배터리는 더 오래, 더 멀리 가기 위해 니켈이 많이 들어간 양극재를 쓴다. 그러나 지금까지는 니켈이 많아질수록 충·방전 과정에서 성능이 급격히 떨어지는 문제가 있었다. 배터리 내부 구조가 뒤틀리면서 생긴 '산소 구멍'이 수명 저하의 주범이었다. 

 

최근 전기차 배터리는 더 많은 에너지를 담기 위해 니켈 함량을 높이는 추세다. 그러나 니켈이 많을수록 에너지 밀도는 올라가지만 충전과 방전을 거듭할수록 용량이 빠르게 줄어드는 문제가 있었다.

 

연구팀은 이러한 용량 저하의 근본 원인이 충전·방전 과정에서 본질적으로 발생하는 격자 구조의 뒤틀림 현상임을 이론적으로 규명했다.

 

구조가 뒤틀리면 산소 원자에 이중 정공이 생기고 이것이 산소의 안정성을 떨어뜨려 배터리 수명을 단축한다.

 

▲ 고니켈 양극 소재의 구조 뒤틀림 제어를 통한 산소 이중 정공 형성 억제 모식도. [포스텍 제공]

 

연구팀이 니켈 일부를 소량의 알루미늄으로 치환한 결과 산소 이중 정공 형성이 효과적으로 억제됐다.

 

알루미늄이 산소 주변 전자 환경을 개선해 구조를 안정화한 것이다. 이를 통해 배터리 수명이 크게 향상되는 것을 확인했다.

 

이번 연구는 고니켈계 양극재의 수명 저하 원인을 원자 단위 수준에서 규명하고 에너지 밀도와 수명을 동시에 개선할 수 있는 전략을 제시했다는 점에서 의미가 크다.

 

전기차 배터리의 성능과 안전성을 동시에 높일 수 있는 핵심 기술로 평가받고 있다.

 

박규영 교수는 "전기차용 고니켈계 양극재의 구조 뒤틀림으로 인해 발생하는 용량 저하 현상을 규명한 이번 연구는 차세대 고성능 배터리의 설계 방향을 한층 확장할 수 있을 것"이라고 말했다.

 

KPI뉴스 / 장영태 기자 3678jyt@kpinews.kr

 

[저작권자ⓒ KPI뉴스. 무단전재-재배포 금지]