KPI뉴스 - 포스텍 연구팀, 전기차 배터리 성능과 수명 동시 개선 성공

  • 맑음대전27.4℃
  • 흐림강화21.9℃
  • 흐림서귀포24.5℃
  • 구름많음영월26.3℃
  • 구름많음진주25.8℃
  • 구름많음북춘천26.1℃
  • 맑음장수25.8℃
  • 구름많음밀양26.8℃
  • 구름많음서울26.9℃
  • 구름많음산청26.8℃
  • 맑음광주27.0℃
  • 맑음순창군27.3℃
  • 구름많음보성군26.1℃
  • 맑음목포24.7℃
  • 구름많음의령군26.6℃
  • 구름많음완도27.5℃
  • 구름많음홍성27.3℃
  • 흐림고산21.3℃
  • 구름많음금산26.5℃
  • 구름많음인천23.9℃
  • 구름많음전주27.1℃
  • 구름많음서산26.3℃
  • 구름많음정읍27.0℃
  • 구름많음거창27.1℃
  • 구름많음북강릉24.4℃
  • 구름많음수원26.1℃
  • 구름많음해남25.1℃
  • 구름많음부산23.9℃
  • 구름많음상주27.4℃
  • 구름많음청주27.2℃
  • 맑음세종26.7℃
  • 구름많음합천26.2℃
  • 구름많음강진군26.7℃
  • 구름많음남해24.5℃
  • 구름많음창원23.5℃
  • 구름많음북부산24.9℃
  • 구름많음울릉도19.6℃
  • 구름많음영덕23.1℃
  • 구름많음태백23.1℃
  • 구름많음홍천26.3℃
  • 맑음구미27.2℃
  • 맑음동해22.1℃
  • 구름많음순천25.0℃
  • 구름많음군산24.7℃
  • 구름많음강릉24.8℃
  • 구름많음여수24.9℃
  • 구름많음영광군26.1℃
  • 구름많음흑산도22.7℃
  • 구름많음정선군25.9℃
  • 맑음서청주26.4℃
  • 구름많음추풍령25.6℃
  • 구름많음보령24.2℃
  • 맑음충주26.0℃
  • 구름많음고흥24.5℃
  • 흐림철원23.0℃
  • 구름많음양평27.2℃
  • 맑음경주시26.1℃
  • 구름많음영천25.1℃
  • 구름많음이천28.3℃
  • 맑음임실25.4℃
  • 구름많음함양군26.9℃
  • 구름많음속초21.6℃
  • 구름많음양산시26.1℃
  • 구름많음고창군26.6℃
  • 맑음포항22.2℃
  • 구름많음안동26.7℃
  • 맑음천안27.3℃
  • 맑음부여27.3℃
  • 구름많음울산23.3℃
  • 구름많음대관령21.8℃
  • 맑음남원26.8℃
  • 구름많음통영24.8℃
  • 구름많음진도군24.1℃
  • 구름많음원주26.3℃
  • 흐림동두천22.9℃
  • 구름많음광양시26.6℃
  • 맑음보은26.7℃
  • 구름많음대구25.5℃
  • 구름많음거제23.5℃
  • 구름많음부안25.7℃
  • 맑음청송군27.0℃
  • 구름많음영주25.8℃
  • 흐림인제25.2℃
  • 구름많음울진21.0℃
  • 구름많음장흥25.3℃
  • 구름많음파주23.5℃
  • 맑음제천25.6℃
  • 비백령도17.5℃
  • 구름많음봉화25.4℃
  • 구름많음성산22.9℃
  • 구름많음춘천26.8℃
  • 구름많음고창26.6℃
  • 흐림제주22.7℃
  • 구름많음문경25.5℃
  • 구름많음북창원25.9℃
  • 구름많음김해시23.8℃
  • 맑음의성26.7℃

포스텍 연구팀, 전기차 배터리 성능과 수명 동시 개선 성공

장영태 기자
기사승인 : 2025-07-09 09:16:49
지르코늄으로 전극 접착력 조절…고용량·고수명 배터리 구현

전기차 배터리가 더 오래가고 더 강력해질 수 있는 새로운 해법이 제시됐다.

 

포스텍은 김원배 교수 연구팀이 전극 촉매의 '붙는 힘'을 원자 수준에서 정밀하게 조절해 리튬황배터리의 성능과 수명을 동시에 개선하는 데 성공했다고 9일 밝혔다. 이번 연구는 소재·화학·나노 분야 국제 학술지인 '스몰'에 게재됐다.

 

▲ 포스텍 김원배 교수. [포스텍 제공]

 

리튬황배터리는 차세대 배터리의 유력한 후보로 꼽힌다. 값비싼 희귀 금속 대신 풍부한 황을 사용해 제조 비용을 크게 낮출 수 있고, 에너지 저장 용량도 기존 리튬이온배터리의 5배 이상이다. 전기차의 주행거리를 크게 늘리고, 에너지저장 장치의 효율을 크게 높일 수 있어 '게임체인저'로 기대를 모으고 있다.

 

그러나 치명적인 약점이 있었다. 배터리 충·방전 과정에서 황과 리튬이 반응해 생기는 '리튬 폴리설파이드'가 전해질에 녹아 음극으로 이동하면서 리튬 금속을 손상한다. 이른바 '셔틀 효과'로 불리며, 배터리의 수명을 빠르게 줄이는 주요 원인이다.

 

이를 해결하려면 폴리설파이드를 전극의 표면에 잘 붙잡아 두되 반응이 끝나면 쉽게 떨어지도록 하는 균형이 필요하다. 이처럼 '붙었다 떨어지는 힘'을 미세하게 조절하기 위해 촉매 표면에 지르코늄 이온을 원자 단위로 고르게 분산시키는 방식을 고안했다. 핵심은 폴리설파이드가 전극에 '적당히' 달라붙게 하는 것이다. 너무 강하게 붙으면 반응 속도가 느려지고, 너무 약하면 셔틀 효과가 발생한다.

 

▲ 지르코늄 원자제어 도핑에 따른 리튬 폴리설파이드의 촉매 흡착에너지 조절 모식도. [포스코 제공]

 

컴퓨터 시뮬레이션 결과, 연구팀이 촉매 표면의 전자 구조를 조절하자 소량의 지르코늄 첨가만으로도 접착력이 적절히 낮아져 배터리 충·방전 과정이 원활하게 진행된다는 사실을 확인했다.

 

연구팀이 만든 전극은 일반적인 충전 속도로 1000회 이상 충·방전해도 초기 용량의 93% 이상을 유지했고, 고속 충전에서도 뛰어난 내구성을 보였다. 또한, 실제와 유사한 고밀도 황과 적은 전해질 조건에서도 높은 에너지 용량을 오래 유지했다.

 

김원배 교수는 "리튬황배터리 상용화를 가로막던 난제를 전자적 접착력 조절로 풀어낸 연구"라며 "저비용·고용량 배터리 생산에 한 걸음 더 다가서 탄소중립 시대의 에너지 저장 솔루션에 기여할 것"이라고 말했다.

 

KPI뉴스 / 장영태 기자 3678jyt@kpinews.kr

 

[저작권자ⓒ KPI뉴스. 무단전재-재배포 금지]