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[IT뉴스]“커피 한 잔 마시는 사이 완충“…초고속·고용량 배터리 음극재

온카뱅크관리자

2025-02-26 10:57:29

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div>  <strong class="summary_view" data-translation="true">포스텍</strong> 
        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="u3GUm3Ul6g">
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="a25b9bc3e1a9e65964a281ccde6a441de1c3281588b47c9f532d5c346d1c71f0" dmcf-pid="7yOGgyGk8o" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="고속으로 충전되면서 고용량인 배터리 음극재를 개발한 연구 결과가 담긴 국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈' 표지. 포스텍 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202502/26/dongascience/20250226104818545xkyp.png" data-org-width="560" dmcf-mid="U9rynSyjPa" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202502/26/dongascience/20250226104818545xkyp.png" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            고속으로 충전되면서 고용량인 배터리 음극재를 개발한 연구 결과가 담긴 국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈' 표지. 포스텍 제공
           </figcaption>
          </figure>
          <p contents-hash="bd93cb98317231f7906451574ccfe076f7eed1336c31631b34dbf89d2c1ff89a" dmcf-pid="zWIHaWHExL" dmcf-ptype="general">국내 연구진이 고속으로 충전되면서 고용량인 배터리 음극재를 개발했다. 연구팀은 이 소재가 향후 전기차를 빠르게 충전하는 데 활용될 수 있을 것으로 기대했다.</p>
          <p contents-hash="5ecf71f6d063671596dbbbebd33051a3dbf7da5bffd4cfcf59ba9d4478ced8fa" dmcf-pid="qYCXNYXD6n" dmcf-ptype="general">포스텍은 김원배 화학공학과·배터리공학과 교수 연구팀이 ‘망간(Mn)-철(Fe) 산화물’ 음극재에 고극성의 불소화 계면층을 도입해 고용량과 안정성을 갖춘 음극 소재를 개발했다고 26일 밝혔다. </p>
          <p contents-hash="12659b0fd9d1f3b07011696c9d59889966ac9e55e4cd41a841ed432fd3dccb03" dmcf-pid="BGhZjGZw8i" dmcf-ptype="general">전기차 시장이 급성장하면서 높은 용량과 안정성을 갖춘 배터리를 위해 ‘강자성 전환 음극재’가 주목받는다. 강자성 전환 음극재는 배터리 충·방전 과정에서 금속 산화물이 나노 크기의 강자성 금속으로 변환되며 일반 음극재에 비해 더 많은 리튬 이온을 저장할 수 있다. 이론 용량을 뛰어넘는 고에너지밀도 배터리를 구현할 잠재력이 있지만 강자성 전환 음극재는 비가역적 용량 손실, 불안정한 계면 형성, 낮은 전도도 등의 한계가 있다.</p>
          <p contents-hash="b5d10211040e8346b95b6473d44b4c7d53630bdb87c957bb9166c9d71e177bf7" dmcf-pid="bHl5AH5rPJ" dmcf-ptype="general">연구팀은 이번 연구에서 갈바닉 치환 반응을 이용해 망간(Mn)-철(Fe) 이종 산화물을 합성한 후 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF))로 용액상 코팅을 진행했다. 탄화 과정을 통해 고극성의 ‘불소화 탄소 계면층’을 만들었다. 갈바닉 치환 반응은 고체 금속이 다른 금속 이온과 접촉할 때 전자가 이동해 한 금속이 다른 금속 이온으로 대체되는 반응이다.</p>
          <p contents-hash="564cd3334dd5bce39f4944b74e94e61f19065234c1305be7532039dd766a7399" dmcf-pid="KXS1cX1m6d" dmcf-ptype="general">계면층을 적용한 소재는 불소의 강한 전기적 특성을 이용해 표면 극성을 높이고 더 많은 리튬 이온을 저장할 수 있다. 강자성 전환 반응에서 발생하는 ‘스핀-분극화된 커패시턴스’를 극대화해 소재의 이론 용량을 초과하는 높은 용량을 구현했다. 플루오린화 리튬(LiF)이 풍부한 고체 전해질 계면(SEI)을 실시간으로 형성해 전극 내 이온과 전자 전달을 촉진하고 내구성을 강화하며 부피 변화로 인한 응력도 효과적으로 완화했다. </p>
          <p contents-hash="e7f5d351eadf697df7b0b9beaaf5c0f74c086dbda3f4b371cc9c9ae9b09ca06e" dmcf-pid="9ZvtkZts6e" dmcf-ptype="general">실험에서는 약 3분 이내의 급속 충전 조건에서도 상용화 음극재 대비 최소 140% 이상 향상된 성능을 보였다. 300번의 급속 충·방전 사이클 후에도 92% 이상의 용량 유지율을 기록하며 안정성을 확보하는 데도 성공했다.</p>
          <p contents-hash="fc17fdc282842a9564dfa4cb0d172df8090ea5258819aa441fcfa5c0e0d1b41a" dmcf-pid="25TFE5FOxR" dmcf-ptype="general">연구를 이끈 김원배 교수는 “고극성 계면 제어 기술을 통해 고에너지밀도 음극재의 한계를 극복하고 새로운 접근법을 제시했다”며 “전기차의 주행거리, 내구성, 충전 속도를 모두 향상시킬 중요한 기술적 기반이 될 것”이라고 기대했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’ 최근호의 앞표지 논문으로 게재됐다.</p>
          <p contents-hash="37098b5d70aa45e1c92c778badada749ac56ac29a43e73f7f5219ef4dfc23871" dmcf-pid="VB39vB9HQM" dmcf-ptype="general">&lt;참고 자료&gt;<br> - doi.org/10.1002/adfm.202408986</p>
          <p contents-hash="b0e9ff24f8661a166f4ea35f474f8c973986c15d6261091f500b9909883404f4" dmcf-pid="fb02Tb2XPx" dmcf-ptype="general">[박정연 기자 hesse@donga.com]</p>
         </section> 
        </div> 
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