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

  • 맑음영천26.2℃
  • 맑음장흥24.9℃
  • 구름많음청주25.6℃
  • 맑음서울26.1℃
  • 맑음울산26.6℃
  • 맑음상주26.2℃
  • 맑음정선군22.5℃
  • 맑음대구27.8℃
  • 맑음흑산도28.6℃
  • 구름많음영월23.0℃
  • 맑음홍성26.5℃
  • 흐림이천25.0℃
  • 맑음서산26.2℃
  • 맑음성산25.9℃
  • 맑음강진군26.1℃
  • 맑음대관령22.9℃
  • 맑음보령27.0℃
  • 흐림제천22.6℃
  • 맑음동해28.3℃
  • 맑음해남25.4℃
  • 맑음철원25.5℃
  • 맑음군산24.8℃
  • 맑음함양군22.5℃
  • 맑음광양시25.8℃
  • 맑음거제26.5℃
  • 맑음북강릉27.6℃
  • 맑음고창24.2℃
  • 맑음의성22.2℃
  • 맑음북창원28.7℃
  • 맑음북부산28.0℃
  • 맑음산청23.4℃
  • 맑음진도군25.7℃
  • 맑음속초30.2℃
  • 맑음부여23.7℃
  • 맑음부안25.5℃
  • 흐림원주25.5℃
  • 맑음양산시28.4℃
  • 맑음포항27.4℃
  • 맑음북춘천24.9℃
  • 맑음순천24.4℃
  • 맑음밀양24.8℃
  • 맑음구미26.9℃
  • 맑음보은23.4℃
  • 맑음양평24.2℃
  • 맑음봉화21.2℃
  • 맑음문경25.7℃
  • 맑음서귀포25.4℃
  • 맑음안동23.7℃
  • 흐림충주24.4℃
  • 맑음제주28.2℃
  • 흐림임실23.3℃
  • 맑음세종23.9℃
  • 맑음진주25.3℃
  • 맑음춘천24.2℃
  • 맑음고산26.8℃
  • 맑음영광군24.7℃
  • 맑음창원28.3℃
  • 맑음경주시27.2℃
  • 맑음합천23.7℃
  • 맑음강릉29.5℃
  • 맑음고창군24.9℃
  • 맑음동두천25.5℃
  • 맑음김해시27.6℃
  • 맑음거창22.6℃
  • 박무목포25.7℃
  • 맑음완도27.1℃
  • 맑음인천26.1℃
  • 맑음강화25.1℃
  • 흐림홍천24.2℃
  • 맑음통영25.1℃
  • 흐림백령도25.0℃
  • 맑음영덕27.3℃
  • 맑음전주26.3℃
  • 맑음남해26.3℃
  • 맑음추풍령24.5℃
  • 맑음금산23.1℃
  • 맑음대전25.5℃
  • 맑음부산28.6℃
  • 흐림순창군22.8℃
  • 맑음서청주24.2℃
  • 구름많음울릉도28.6℃
  • 맑음보성군26.3℃
  • 맑음남원24.1℃
  • 맑음파주25.1℃
  • 맑음천안23.3℃
  • 맑음의령군24.4℃
  • 맑음정읍25.3℃
  • 맑음수원25.5℃
  • 맑음광주26.4℃
  • 맑음고흥25.8℃
  • 맑음여수26.4℃
  • 구름많음인제24.8℃
  • 맑음청송군21.9℃
  • 맑음영주22.3℃
  • 맑음울진26.9℃
  • 구름많음장수20.3℃
  • 구름많음태백24.2℃

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]