KPI뉴스 - 빨리 늙는 배터리, 알루미늄이 막는다

  • 맑음이천25.1℃
  • 맑음고흥22.3℃
  • 맑음수원22.8℃
  • 맑음진도군22.0℃
  • 맑음서산21.0℃
  • 맑음의령군25.6℃
  • 맑음고창23.0℃
  • 맑음문경25.3℃
  • 맑음고산19.6℃
  • 맑음제천22.8℃
  • 맑음서귀포21.5℃
  • 맑음보령19.8℃
  • 맑음포항26.6℃
  • 맑음여수20.4℃
  • 맑음합천26.6℃
  • 맑음인천20.0℃
  • 맑음울산21.7℃
  • 맑음철원22.9℃
  • 맑음통영21.7℃
  • 맑음원주23.7℃
  • 맑음진주22.9℃
  • 맑음백령도16.1℃
  • 맑음거제20.4℃
  • 맑음고창군23.3℃
  • 맑음강화19.5℃
  • 맑음서울22.9℃
  • 맑음북강릉26.0℃
  • 맑음보은24.1℃
  • 맑음남해21.8℃
  • 맑음울릉도19.0℃
  • 맑음전주24.8℃
  • 맑음거창26.5℃
  • 맑음정선군24.6℃
  • 맑음영덕26.1℃
  • 맑음의성26.0℃
  • 맑음정읍23.5℃
  • 맑음흑산도20.4℃
  • 맑음대전24.7℃
  • 맑음밀양27.1℃
  • 맑음순천23.0℃
  • 맑음군산21.0℃
  • 맑음목포21.6℃
  • 맑음천안24.1℃
  • 맑음완도24.5℃
  • 맑음창원23.4℃
  • 맑음금산24.3℃
  • 맑음영천25.5℃
  • 맑음속초26.2℃
  • 맑음대관령19.6℃
  • 맑음북부산21.9℃
  • 맑음영월23.6℃
  • 맑음광주25.9℃
  • 맑음청송군25.5℃
  • 맑음강진군22.7℃
  • 맑음태백21.7℃
  • 맑음홍성21.3℃
  • 맑음안동25.5℃
  • 구름많음청주25.4℃
  • 맑음장수23.6℃
  • 맑음홍천24.3℃
  • 맑음대구27.1℃
  • 맑음인제22.6℃
  • 맑음보성군22.9℃
  • 맑음산청24.6℃
  • 맑음봉화23.7℃
  • 맑음부안22.5℃
  • 맑음춘천24.1℃
  • 맑음상주25.8℃
  • 맑음남원25.3℃
  • 맑음경주시26.7℃
  • 맑음부여23.4℃
  • 맑음제주22.4℃
  • 맑음북창원24.7℃
  • 맑음해남22.6℃
  • 맑음영광군22.4℃
  • 맑음부산20.9℃
  • 맑음영주24.1℃
  • 맑음파주21.9℃
  • 맑음임실24.7℃
  • 맑음충주24.7℃
  • 맑음순창군25.3℃
  • 맑음세종24.8℃
  • 맑음동해27.9℃
  • 맑음함양군26.8℃
  • 맑음장흥21.9℃
  • 맑음서청주24.5℃
  • 맑음광양시23.7℃
  • 맑음양평24.5℃
  • 맑음동두천22.7℃
  • 맑음김해시21.8℃
  • 맑음울진20.3℃
  • 맑음강릉27.5℃
  • 맑음추풍령24.4℃
  • 맑음북춘천23.9℃
  • 맑음구미27.3℃
  • 맑음성산21.0℃
  • 맑음양산시23.2℃

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]