KPI뉴스 - 빨리 늙는 배터리, 알루미늄이 막는다

  • 구름많음정읍2.3℃
  • 황사전주3.0℃
  • 맑음통영9.0℃
  • 맑음강화6.4℃
  • 구름많음함양군1.0℃
  • 구름많음부안3.0℃
  • 맑음의성2.3℃
  • 맑음구미5.0℃
  • 맑음천안1.0℃
  • 구름많음고창군2.5℃
  • 황사목포7.1℃
  • 맑음추풍령1.7℃
  • 맑음부여1.2℃
  • 흐림서귀포13.4℃
  • 구름많음순창군1.9℃
  • 황사대구8.1℃
  • 맑음양평3.6℃
  • 구름많음양산시12.0℃
  • 맑음홍천2.9℃
  • 맑음속초13.6℃
  • 맑음제천0.2℃
  • 맑음영천6.6℃
  • 맑음창원11.4℃
  • 구름많음강진군6.0℃
  • 구름많음경주시8.5℃
  • 구름많음북창원11.2℃
  • 구름많음북부산12.2℃
  • 황사흑산도6.7℃
  • 구름많음의령군3.4℃
  • 맑음금산1.0℃
  • 구름많음산청3.2℃
  • 맑음수원4.9℃
  • 맑음태백4.7℃
  • 맑음군산3.2℃
  • 구름많음장수-0.6℃
  • 황사서울7.2℃
  • 구름많음성산9.1℃
  • 구름많음순천6.0℃
  • 구름많음영광군3.5℃
  • 황사포항8.7℃
  • 맑음김해시10.3℃
  • 구름많음거창1.7℃
  • 구름많음남원1.5℃
  • 맑음보성군6.2℃
  • 황사안동4.7℃
  • 맑음서청주1.8℃
  • 맑음파주2.4℃
  • 황사대전3.9℃
  • 황사북강릉14.0℃
  • 구름많음임실0.2℃
  • 맑음춘천1.9℃
  • 황사여수8.4℃
  • 황사백령도10.9℃
  • 맑음영주4.0℃
  • 구름많음해남5.8℃
  • 맑음봉화2.2℃
  • 맑음철원1.1℃
  • 맑음울진9.9℃
  • 맑음원주3.9℃
  • 구름많음인제2.7℃
  • 맑음영월1.4℃
  • 맑음부산11.1℃
  • 맑음청송군2.2℃
  • 구름많음진도군7.9℃
  • 맑음문경3.3℃
  • 맑음이천3.6℃
  • 황사울산8.3℃
  • 맑음동해13.3℃
  • 맑음서산1.1℃
  • 맑음북춘천1.6℃
  • 맑음남해8.1℃
  • 맑음고흥3.1℃
  • 맑음영덕7.7℃
  • 맑음대관령4.0℃
  • 황사홍성3.4℃
  • 황사인천7.9℃
  • 맑음보은0.8℃
  • 맑음광양시5.6℃
  • 구름많음완도6.6℃
  • 맑음강릉11.5℃
  • 구름많음장흥4.3℃
  • 맑음동두천3.4℃
  • 맑음세종1.9℃
  • 황사광주5.8℃
  • 맑음거제10.9℃
  • 황사청주5.1℃
  • 구름많음고창1.8℃
  • 맑음상주5.0℃
  • 구름많음밀양10.5℃
  • 구름많음합천4.1℃
  • 황사제주9.0℃
  • 구름많음진주7.8℃
  • 맑음충주2.2℃
  • 구름많음고산9.8℃
  • 맑음정선군1.6℃
  • 황사울릉도11.0℃
  • 맑음보령1.9℃

빨리 늙는 배터리, 알루미늄이 막는다

장영태 기자
기사승인 : 2025-12-03 14:34:35
포스텍 연구팀, 고니켈계 양극재의 용량 저하의 원인 규명
차세대 고에너지밀도·장수명 배터리 설계를 위한 핵심 전략 제시

포스텍은 친환경소재대학원 배터리공학과·신소재공학과 박규영 교수 연구팀이 구조 뒤틀림으로 '산소 이중 정공(산소 구멍)'이 생겨 배터리 수명이 줄어들고 알루미늄을 소량 첨가해 산소 정공 생성을 막으면 수명이 획기적으로 늘어난다는 사실을 확인했다고 3일 밝혔다.

 

▲ 포스텍 친환경소재대학원 배터리공학과·신소재공학과 박규영 교수. [포스텍 제공]

 

이번 연구는 국제 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈' 온라인판에 게재됐다.

 

전기차 배터리는 더 오래, 더 멀리 가기 위해 니켈이 많이 들어간 양극재를 쓴다. 그러나 지금까지는 니켈이 많아질수록 충·방전 과정에서 성능이 급격히 떨어지는 문제가 있었다. 배터리 내부 구조가 뒤틀리면서 생긴 '산소 구멍'이 수명 저하의 주범이었다. 

 

최근 전기차 배터리는 더 많은 에너지를 담기 위해 니켈 함량을 높이는 추세다. 그러나 니켈이 많을수록 에너지 밀도는 올라가지만 충전과 방전을 거듭할수록 용량이 빠르게 줄어드는 문제가 있었다.

 

연구팀은 이러한 용량 저하의 근본 원인이 충전·방전 과정에서 본질적으로 발생하는 격자 구조의 뒤틀림 현상임을 이론적으로 규명했다.

 

구조가 뒤틀리면 산소 원자에 이중 정공이 생기고 이것이 산소의 안정성을 떨어뜨려 배터리 수명을 단축한다.

 

▲ 고니켈 양극 소재의 구조 뒤틀림 제어를 통한 산소 이중 정공 형성 억제 모식도. [포스텍 제공]

 

연구팀이 니켈 일부를 소량의 알루미늄으로 치환한 결과 산소 이중 정공 형성이 효과적으로 억제됐다.

 

알루미늄이 산소 주변 전자 환경을 개선해 구조를 안정화한 것이다. 이를 통해 배터리 수명이 크게 향상되는 것을 확인했다.

 

이번 연구는 고니켈계 양극재의 수명 저하 원인을 원자 단위 수준에서 규명하고 에너지 밀도와 수명을 동시에 개선할 수 있는 전략을 제시했다는 점에서 의미가 크다.

 

전기차 배터리의 성능과 안전성을 동시에 높일 수 있는 핵심 기술로 평가받고 있다.

 

박규영 교수는 "전기차용 고니켈계 양극재의 구조 뒤틀림으로 인해 발생하는 용량 저하 현상을 규명한 이번 연구는 차세대 고성능 배터리의 설계 방향을 한층 확장할 수 있을 것"이라고 말했다.

 

KPI뉴스 / 장영태 기자 3678jyt@kpinews.kr

 

[저작권자ⓒ KPI뉴스. 무단전재-재배포 금지]