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[IT뉴스]"이온 이동인 줄 알았지?" KAIST, 배터리 나노 분석 '가짜 신호' 잡았다

온카뱅크관리자

2026-09-07 09:57:25

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div>  <strong class="summary_view" data-translation="true">보도기사</strong> 
        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="zaY1LKGh0Z">
          <p contents-hash="8c3df374004bcd08c433947e877120887db2b132eb001cb4bfc8aa357c4b3544" dmcf-pid="qNGto9Hl7X" dmcf-ptype="general">배터리 나노 분석의 함정…KAIST, 표면 굴곡에 의한 '가짜 신호' 원인 규명<br>ESM 측정 오류 원인 및 해법도 제시</p>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="686051a923a80ffe402993c182a04058c2ddd05653543df0cdcc903bdf7b054a" dmcf-pid="BjHFg2XS3H" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="DART-ESM 측정서 나타나는 trace-retrace 불일치 현상 모식도" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202609/07/551724-22lyJQR/20260907095314059ybly.jpg" data-org-width="445" dmcf-mid="UvY1LKGhFt" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202609/07/551724-22lyJQR/20260907095314059ybly.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            DART-ESM 측정서 나타나는 trace-retrace 불일치 현상 모식도
           </figcaption>
          </figure>
          <p contents-hash="d20e5f8d4dc90226a72940878fe510982c235b90da9ce779cb6d75e26e24a2ae" dmcf-pid="bAX3aVZvzG" dmcf-ptype="general"><br>배터리 내부에서 이온이 이동하는 경로를 나노미터 수준에서 시각화하는 전기화학 변형 현미경(ESM) 분석 과정에서, 실제 이온 반응과 무관한 측정 오류가 발생할 수 있다는 연구 결과가 나왔습니다. KAIST는 신소재공학과 홍승범 교수 연구팀이 육종민 교수, 생명화학공학과 최남순 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해 배터리 나노 분석 시 발생하는 측정 오류의 원인을 밝혀내고 이를 효과적으로 줄이는 해법을 제시했다고 7일 밝혔습니다.</p>
          <p contents-hash="7c336e9dd9973e8d909785b4928ebacc443e2186286249be2820ec4b0600fc9d" dmcf-pid="KcZ0Nf5T3Y" dmcf-ptype="general">시료 표면의 울퉁불퉁한 형상 때문에 이온 이동으로 오인되는 가짜 신호가 만들어진다는 사실이 밝혀짐에 따라, 차세대 배터리 소재 개발의 신뢰도를 한층 높일 수 있을 것으로 기대됩니다.</p>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="9f62c21eeb043f7aef73491a75f31a3278d09bdb36b2a5633042ce83272539be" dmcf-pid="98DIVZwaFW" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="나트륨 이온 배터리용 NZTO 고체전해질의 AFM 이미지 사포 연마 후와 CCP 처리 후 비교" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202609/07/551724-22lyJQR/20260907095314223gwrj.jpg" data-org-width="600" dmcf-mid="uijwBWAiU1" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202609/07/551724-22lyJQR/20260907095314223gwrj.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            나트륨 이온 배터리용 NZTO 고체전해질의 AFM 이미지 사포 연마 후와 CCP 처리 후 비교
           </figcaption>
          </figure>
          <p contents-hash="bd4093d59c26d983ac3870243dd9aca4dea5359c6b22a482563dd55ba258feca" dmcf-pid="26wCf5rNUy" dmcf-ptype="general"><br>◆ 울퉁불퉁한 표면이 만들어내는 착시 현상</p>
          <p contents-hash="9d1702f671a876789848c6893e7524e6695bb91cc7992426a56e59d6ba018690" dmcf-pid="VPrh41mj0T" dmcf-ptype="general">배터리는 충전과 방전을 거치며 리튬이나 나트륨 이온이 내부를 오고 가며 작동합니다. 이온의 이동 속도와 원활성은 배터리의 성능과 수명을 좌우하는 핵심 요인으로, 이온이 어디로 이동하고 어디에서 막히는지를 정확하게 파악하는 것이 고성능 배터리 개발의 출발점입니다.</p>
          <p contents-hash="d03d47e5f9e01ae4cac5d5351f593414941a9164a5ab2034e6f61ca9b551f220" dmcf-pid="fQml8tsA7v" dmcf-ptype="general">이를 확인하기 위해 널리 쓰이는 전기화학 변형 현미경(ESM)은 미세한 탐침으로 배터리 소재 표면을 훑으며 이온 이동에 따른 미세한 변화를 간접 측정하는 기술입니다. 그러나 소재 표면이 고르지 못할 경우, 실제 이온이 움직이지 않아도 이와 유사한 신호가 나타날 수 있는 한계가 있었습니다.</p>
          <p contents-hash="cdbdbe416637e8064da59324c86e38b1644fb541d19a766e2b0e14469027e0b4" dmcf-pid="4xsS6FOcuS" dmcf-ptype="general">◆ 단결정 실리콘 및 실제 소재 분석을 통한 원인 규명</p>
          <p contents-hash="98b8faec59e7efab4c48422d0ece0ee8fb6c890c34a3717cb7cbdc8d7a435f15" dmcf-pid="8MOvP3Ik3l" dmcf-ptype="general">연구팀은 이 가짜 신호의 발생 원리를 정확히 파악하기 위해 이온 이동이 없는 단결정 실리콘 표면에 의도적으로 미세한 홈을 파서 실험 환경을 구축했습니다. 분석 결과, 표면 높낮이가 달라지면 현미경 탐침과 시료가 맞닿는 접촉 정도가 변하며, 이 물리적 변화만으로도 실제 이온 이동과 구별하기 힘든 신호가 생성된다는 점이 정량적으로 확인됐습니다.</p>
          <div contents-hash="9afc3454b8ad8dacaeaa24af8368c4380fee7e5f5e99c83cc24e14d3964e21d1" dmcf-pid="6RITQ0CEph" dmcf-ptype="general">
           이러한 현상은 흑연 음극과 나트륨 고체전해질 등 실제 배터리 소재 분석에서도 동일하게 나타났습니다. 이는 특정 소재에 국한된 문제가 아니라 나노 수준에서 배터리를 분석할 때 공통으로 주의해야 하는 현상임을 의미합니다.
          </div>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="839b37f26ecf14ab2f878a307fa70597867b5009b8d750ba61dcfa12accc0185" dmcf-pid="PeCyxphD0C" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="(왼쪽부터) KAIST 최남순 교수, Dongyan Chen 박사과정, 홍승범 교수, 육종민 교수" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202609/07/551724-22lyJQR/20260907095314373qppa.jpg" data-org-width="1000" dmcf-mid="7FMn5rRfz5" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202609/07/551724-22lyJQR/20260907095314373qppa.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            (왼쪽부터) KAIST 최남순 교수, Dongyan Chen 박사과정, 홍승범 교수, 육종민 교수
           </figcaption>
          </figure>
          <div contents-hash="ea359a250e2a34f0397cd02563cd019544e006eeebdf48bb71c8ae67f6d28b08" dmcf-pid="QdhWMUlwuI" dmcf-ptype="general">
           <div>
            <br>◆ 냉각식 단면 연마기를 통한 해결책 제시
            <br>
            <br>연구팀은 이 측정 오류를 줄이기 위한 방안으로 아르곤(Ar) 이온 빔을 활용하는 냉각식 단면 연마기(CCP)를 도입해 시료 단면을 정밀하게 가공했습니다. 아르곤은 화학반응을 거의 일으키지 않아 시료 고유의 성질을 유지하면서 표면을 평평하게 다듬는 데 적합합니다.
            <br>
            <br>표면 거칠기가 줄어들자 울퉁불퉁한 단면 때문에 생기던 측정 오류도 눈에 띄게 감소했습니다. 특히 작은 결정들이 맞닿은 경계면인 '입계(grain boundary)' 부근에서 그 차이가 두드러졌습니다. 
            <br>
            <br>표면을 정돈하기 전에는 이 입계에서 강한 ESM 신호가 감지되어 '이온이 잘 통하는 길'로 오인되기 쉬웠으나, 표면을 평평하게 가공한 후에는 이러한 신호 증가 현상이 사라졌습니다.
            <br>
            <br>◆ 차세대 배터리 개발 및 AI 연구 신뢰도 제고 기대
            <br>
            <br>이번 연구는 배터리 나노 분석에서 발생하던 측정 오류의 메커니즘을 실험으로 규명하고, 시료 표면 가공이라는 실용적인 대안을 제시했다는 점에서 의의를 지닙니다. 연구진은 이 분석 보완법이 리튬이온전지는 물론 전고체전지, 나트륨이온전지 등 차세대 배터리 소재의 작동 원리를 명확히 규명하는 데 기여할 것으로 보고 있습니다.
            <br>
            <br>아울러 정확한 나노 분석 데이터가 지속해서 축적되면, 인공지능(AI)과 머신러닝을 기반으로 한 신소재 설계 및 성능 예측 연구에서도 훨씬 신뢰도 높은 학습 자료로 활용될 전망입니다.
           </div>
          </div>
          <p contents-hash="696b4e09441f5c18832f2ac749aca9191b0bf3f1cb6e67843e2b0aa2a8ff00e2" dmcf-pid="xNGto9HlUO" dmcf-ptype="general">(사진=KAIST) </p>
          <p contents-hash="2b0268d08e61cfe0a1196eecdb3a544c9c54a7ec6b9ed0b12e1786239df01dd9" dmcf-pid="y0eotsd8zs" dmcf-ptype="general">조형준 취재 기자 | brotherjun@tjb.co.kr</p>
         </section> 
        </div> 
        <p class="" data-translation="true">Copyright © TJB </p>

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