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[IT뉴스]차세대 무음극배터리 수명·안전성 문제 해결할 신소재

온카뱅크관리자

2025-02-27 11:57:30

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 한국원자력연구원 
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 은 입자를 주입한 맥신 복합체 소재 연구가 20일(현지시간) 온라인으로 공개된 '물리화학 레터스' 표지에 실렸다. ACS 제공
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 국내 연구팀이 차세대 배터리인 무음극배터리의 수명과 안전성 문제를 해결할 수 있는 신소재를 개발하고 성능을 입증하는 데 성공했다.
 한국원자력연구원은 충남대, 경북대 연구팀과 협력해 미세한 은 입자를 주입한 맥신 복합체 소재를 개발하고 무음극배터리의 안정성을 강화했다고 27일 밝혔다. 맥신은 탄소(C)와 티타늄(Ti)으로 이뤄진 얇은 층으로 구성된 소재로 금속처럼 전기를 잘 전달하면서도 유연한 소재다. 연구결과는 국제학술지 '물리화학 레터스'에 공개됐다.
 무음극배터리는 기존 배터리에서 음극을 제거해 작고 가벼우면서도 에너지 저장용량을 늘린 차세대 배터리다. 전기차나 에너지저장장치 등 높은 에너지밀도와 경량화가 필요한 분야에서 주목하고 있다.
 무음극배터리는 배터리 내부 이온이 고르게 이동하지 않아 금속이 불규칙하고 뾰족하게 증착되는 수지상돌기가 쉽게 형성돼 배터리 수명과 안전성이 저하되는 문제가 있다.
 연구팀은 기존 맥신 소재만으로는 배터리 내 이온 흐름이 원활하지 않다는 점을 개선하기 위해 맥신 층 사이에 미세한 은 입자를 삽입한 복합체를 개발했다. 은 입자는 전기전도성이 높고 경제적인 물질이다.
 맥신과 은 입자는 모두 음전하(-)를 띠며 서로 밀어내기 때문에 주입이 어렵다. 연구팀은 이 문제를 압력 차이로 해결했다. 맥신 내부 압력을 낮춰 대기압이 은 입자를 맥신 층 사이로 밀어 넣도록 한 것이다.
 맥신과 은 복합체를 배터리 내부에서 이온이 저장되는 금속판 위에 도포한 결과 이온의 이동 통로 넓이가 10배 이상 커져 이온이 배터리 내부에 고르게 흘러 들어간다는 사실이 확인됐다. 이온 흐름이 균일하면 수지상돌기 형성이 줄어 배터리 성능과 안전성이 향상된다.
 연구팀은 원자력연 중성자 소각산란장치를 활용해 배터리 내 맥신 복합체가 이온 흐름을 원활히 한다는 사실을 확인했다. 전기전도도를 측정해 맥신 복합체를 삽입한 무음극배터리가 정상 작동한다는 것도 확인했다.
 중성자 소각산란장치는 냉중성자원을 샘플에 조사하고 튕겨 나온 중성자를 통해 물질의 배치나 구조 등을 정밀하게 분석하는 장치다. 냉중성자는 연구용원자로인 하나로에서 생산된 고온의 중성자를 극저온까지 식힌 중성자로 나노미터 크기의 물질 구조를 연구하는 데 활용된다.
 논문 제1저자인 참여한 이상호 원자력연 중성자과학부 선임연구원은 "맥신과 같은 2차원 소재의 미세 경로 조절 기술은 무음극전지에서 안전성과 수명을 연장하는 핵심기술로 향후 이차전지 연구에 다양성을 제공할 것으로 기대된다"고 전했다.
 &lt;참고 자료&gt; - doi.org/10.1021/acs.jpclett.4c03587
 [이병구 기자 2bottle9@donga.com]
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