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[IT뉴스]“리튬메탈전지 화재 위험 잡았다” KAIST, 차세대 고체 전해질 개발

온카뱅크관리자

2025-11-04 08:07:28

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div>  <strong class="summary_view" data-translation="true">- 머리카락 굵기 1/5 수준, 초박막 공유결합유기골격구조체 전해질 구현</strong> 
        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="4BjjVSd8Gn">
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="31497fac97ca07dfd5b0d364ed863956f293ba1898c4afc5cb71078fe16d7feb" dmcf-pid="8bAAfvJ6Gi" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="이번 연구를 수행한 변혜령(왼쪽부터) KAIST 화학과 교수 최락현 KAIST 석박통합과정, 손창윤 서울대 교수.[KAIST 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202511/04/ned/20251104080541828xgux.jpg" data-org-width="1280" dmcf-mid="VZbbyd3Gto" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202511/04/ned/20251104080541828xgux.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            이번 연구를 수행한 변혜령(왼쪽부터) KAIST 화학과 교수 최락현 KAIST 석박통합과정, 손창윤 서울대 교수.[KAIST 제공]
           </figcaption>
          </figure>
          <p contents-hash="bce99573f0853ed3c514b84aa72dcfb37b2107c821b2e3d082e22dcfb0ea921d" dmcf-pid="6Kcc4TiPYJ" dmcf-ptype="general">[헤럴드경제=구본혁 기자] 리튬메탈전지는 기존 리튬이온전지를 대체할 차세대 고에너지 전지로 주목받고 있다. 하지만 불이 잘 붙는 액체 전해질을 사용할 경우 화재 위험이 높아 상용화가 어려웠다. 이를 해결하기 위한 대안으로 유연성을 가진 ‘유기 고체 전해질’이 제시됐지만, 상온에서 리튬 이온의 전달 속도가 느려 실용화에 한계가 있었다.</p>
          <p contents-hash="c5b9d6201e548aeb582c623b25d0d2a808904e034fd8ac34b5c17653243d0b6b" dmcf-pid="P9kk8ynQZd" dmcf-ptype="general">KAIST는 화학과 변혜령 교수 연구팀이 서울대학교 손창윤 교수팀과 공동으로 상온에서도 안정적으로 작동하는 새로운 유기 고체 전해질 필름을 개발했다고 4일 밝혔다.</p>
          <p contents-hash="bf963a7a7ecdff184920ce20c6b0da07a31e8664cf087bb63787722abd914f82" dmcf-pid="Q2EE6WLx1e" dmcf-ptype="general">연구팀은 구멍이 일정하게 배열된 다공성 구조의 ‘공유결합유기골격구조체(COF, Covalent Organic Framework)’라는 신소재를 이용해 머리카락 굵기의 약 1/5 수준(두께 약 20μm)의 고체 전해질을 제작했다.</p>
          <p contents-hash="58e2faefb2558da023398260ec115b8f684c51660846fc03e5f92d8b38ab4388" dmcf-pid="xoGGAqCEtR" dmcf-ptype="general">이번에 개발된 COF 전해질은 2025년 노벨화학상을 수상한 금속유기골격체(MOF, Metal Organic Framework)와 유사한 다공성 결정성 구조를 가지지만, 전지 구동 환경에서 화학적 안정성이 크게 향상된 점이 특징이다.</p>
          <p contents-hash="2474a79036ba7b62ea70d971f28f725f13512b0eca56ce18a755195648fbd23d" dmcf-pid="yteeUDfzHM" dmcf-ptype="general">연구팀은 리튬 이온을 전달하는 기능기를 일정한 간격으로 정교하게 배치해, 기존에는 높은 온도에서만 이동하던 리튬 이온이 실온에서도 기능기를 따라 빠르게 이동할 수 있도록 설계했다. 이를 통해 리튬 이온의 이동 경로를 분자 수준에서 정밀하게 제어할 수 있는 고체 전해질 구조를 구현했다.</p>
          <p contents-hash="18d04e47eae03f4654eef71d75535d0f48f729ebbf6671aff2f3592de7b3bb32" dmcf-pid="WFdduw4qXx" dmcf-ptype="general">연구팀은 리튬 이온이 쉽게 떨어져 나오고(해리) 이동할 수 있도록 ‘이중 설폰산화 기능기’를 나노 기공에 도입, 리튬 이온이 가장 짧은 직선 경로를 따라 빠르게 이동할 수 있는 통로를 만들었다. 분자동역학(MD) 시뮬레이션 결과, 이러한 구조는 리튬 이온이 움직이기 위해 필요한 에너지를 낮춰, 적은 에너지로도 빠르게 이동할 수 있어 실온에서도 안정적으로 작동함을 확인했다.</p>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="2b28b3b2eb4b464e6e4bf794a3471df5eb32d2a65a2884bd4c5d86371d15c0a6" dmcf-pid="Y3JJ7r8BHQ" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="COF 고체 전해질 내 리튬 이온 전도 메커니즘의 분자 동역학 시뮬레이션 분석.[KAIST 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202511/04/ned/20251104080542072luma.jpg" data-org-width="1280" dmcf-mid="ffeeUDfzYL" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202511/04/ned/20251104080542072luma.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            COF 고체 전해질 내 리튬 이온 전도 메커니즘의 분자 동역학 시뮬레이션 분석.[KAIST 제공]
           </figcaption>
          </figure>
          <p contents-hash="cff381aa3ae48e2a6f80b162c6b33b648ab08c8c2a40691d73674a8d0d8f930a" dmcf-pid="G0iizm6bXP" dmcf-ptype="general">이번에 만든 전해질 필름은 스스로 가지런히 배열되는 ‘자가조립(Self-assembly)’ 방식으로 만들어져, 표면이 매우 매끄럽고 구조가 균일하다. 덕분에 리튬 금속 전극에 빈틈 없이 잘 달라붙어, 이온이 전극 사이를 오갈 때 더 안정적으로 이동할 수 있다.</p>
          <p contents-hash="a0269e266300c0a25ec4bf36e1fd12d925ce56e83eabe2bd2cd70d0464997bdb" dmcf-pid="HpnnqsPKY6" dmcf-ptype="general">그 결과, 개발된 전해질은 기존 유기계 고체전해질보다 리튬 이온 이동 속도가 10~100배 이상 빠른 것으로 나타났다. 이를 리튬메탈 기반 리튬인산철(LiFePO₄) 전지에 적용한 결과, 300회 이상 충·방전을 반복한 후에도 초기 용량의 95% 이상을 유지했으며, 에너지 손실이 거의 없는 높은 안정성(쿨롱 효율 99.999%)을 입증했다.</p>
          <p contents-hash="b782ba477fefede2e50e10cb266b03103cb734bd570226819a96629e099bbd0c" dmcf-pid="XULLBOQ958" dmcf-ptype="general">변혜령 교수는 “이번 연구는 실온에서도 빠른 리튬 이온 이동이 가능한 유기 고체전해질을 구현해 리튬메탈전지의 상용화에 한 걸음을 앞당긴 성과”라며 “무기 고체전해질과 하이브리드 형태로 결합할 경우 계면 안정성 문제를 개선할 수 있을 것”이라고 말했다.</p>
          <p contents-hash="4164a819bd06796b4273695154dc627a3c8cf8d9c6df68cd8e53f18cdef7cf4d" dmcf-pid="ZuoobIx2G4" dmcf-ptype="general">이번 연구결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈’에 게재됐다.</p>
         </section> 
        </div> 
        <p class="" data-translation="true">Copyright © 헤럴드경제. 무단전재 및 재배포 금지.</p>

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