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[IT뉴스]"무음극 배터리 수명 한계 넘어"…KAIST, 전극 표면 설계만으로

온카뱅크관리자

2026-01-04 12:07:36

<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="2muuzoV7pl">
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="6d24d1b5164e19a16bfa6389f71b91f572ba13708fc7e9bc33d00f4a279fab8b" dmcf-pid="VZxxRCoMUh" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="전극 표면에 두께 15나노미터(nm)의 초극박 인공 고분자층 도입 모습" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202601/04/551724-22lyJQR/20260104120347061ewew.jpg" data-org-width="595" dmcf-mid="KhSST9ZvUv" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202601/04/551724-22lyJQR/20260104120347061ewew.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            전극 표면에 두께 15나노미터(nm)의 초극박 인공 고분자층 도입 모습
           </figcaption>
          </figure>
          <div contents-hash="e358a16fb9d1069db16b3e62927bba2b24965b3763430639fc0286e2dc9137ed" dmcf-pid="f5MMehgRzC" dmcf-ptype="general">
           <div>
            <br>
           </div>
           <div>
            <br>
           </div>전기차와 드론, 차세대 고성능 배터리 후보로 꼽혀 온 무음극 리튬 금속 전지는 높은 에너지 밀도에도 수명이 짧다는 게 상용화의 걸림돌이었습니다.
          </div>
          <p contents-hash="23ed1e5783cf9c4ddea527b7d2dc48da1bbd41634ac36ed403deee64f6ed5771" dmcf-pid="41RRdlae7I" dmcf-ptype="general">KAIST 생명화학공학과 이진우·임성갑 교수 연구팀이 전극 표면에 초극박 고분자층을 도입해 무음극 리튬 금속 전지의 수명을 획기적으로 늘리는 데 성공했습니다.</p>
          <p contents-hash="d826c0fd167fb1247bf7ba5d3e4bb53ec41bdfdc3ffe979abfdb7f886c8c7738" dmcf-pid="8teeJSNdzO" dmcf-ptype="general">무음극 리튬 금속 전지는 음극에 흑연이나 리튬 금속 대신 구리 집전체만 사용하는 구조입니다. </p>
          <p contents-hash="6b98b16b1ea892e78cd77377da667af1088c9cacde1bc55fc7cbde78b95ee756" dmcf-pid="6FddivjJus" dmcf-ptype="general">기존 리튬이온전지보다 에너지 밀도가 30~50% 높고 공정이 단순하다는 장점이 있지만, 충전 초기에 리튬이 구리 표면에 직접 쌓이면서 전해질 분해가 빠르게 일어나 수명이 급격히 줄어드는 문제가 있었습니다.</p>
          <p contents-hash="87c8be908d13ad8999d344a7d3522a6bfac6c6dbbf775faf9244e5d5e392aee5" dmcf-pid="P3JJnTAi7m" dmcf-ptype="general">그동안 이를 해결하기 위해 전해질 조성을 바꾸는 접근이 주를 이뤘지만, 높은 비용과 공정 복잡성이 한계였습니다. </p>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="5c4e6d616409528fe3894989384bac26a4007127ce04d45976d6202b6e7a9ee9" dmcf-pid="Q0iiLycnzr" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="집전체 개질 인공 고분자층의 설계 논리 및 SEI 형성 메커니즘" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202601/04/551724-22lyJQR/20260104120347229rfkq.jpg" data-org-width="488" dmcf-mid="91zzBa4qUS" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202601/04/551724-22lyJQR/20260104120347229rfkq.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            집전체 개질 인공 고분자층의 설계 논리 및 SEI 형성 메커니즘
           </figcaption>
          </figure>
          <div contents-hash="e3c67b1ba9a175768e7964197363d3a65feb72078fa67a25026f57421db7b3be" dmcf-pid="xpnnoWkL0w" dmcf-ptype="general">
           <div>
            <br>
           </div>
           <div>
            <br>
           </div>연구팀은 대신 문제가 시작되는 전극 표면 자체를 설계하는 전략을 선택했습니다.
          </div>
          <p contents-hash="6fb5ae4c7917c21fc216101c24c3dd941fb2e93436d8081ce2d01b433d95d77b" dmcf-pid="yOzzBa4q0D" dmcf-ptype="general">연구팀은 개시제를 이용한 화학증착(icvd) 공정을 이용해 구리 집전체 위에 두께 15나노미터 수준의 초극박 인공 고분자층을 균일하게 형성했습니다. </p>
          <p contents-hash="5905bf731285d4ae1dbad1498de3bc2de649e9243cabf8c491c45c847d7ebb2d" dmcf-pid="WIqqbN8BzE" dmcf-ptype="general">이 고분자층이 전해질과의 상호작용을 조절해 리튬 이온 이동과 전해질 분해 경로를 정밀하게 제어하는 것으로 나타났습니다.</p>
          <p contents-hash="93357e0fe0494b079c7a77c7033b8f64bd5ced995c6a1b428dd6fcfe62f2be72" dmcf-pid="YCBBKj6bFk" dmcf-ptype="general">기존 전지에서는 전해질 용매가 먼저 분해되며 부드럽고 불안정한 보호막이 형성돼, 리튬이 고르게 쌓이지 않고 가시처럼 뾰족한 수지상 성장이 쉽게 일어났습니다. </p>
          <p contents-hash="a7fc21b10b69e6faa3d5f5760fd2d5651162b18a2c0c47fddbd8d2cae87f87f6" dmcf-pid="Ghbb9APK7c" dmcf-ptype="general">반면 이번에 도입한 고분자층은 전해질 용매와 잘 섞이지 않아 염 성분의 분해를 유도했습니다.</p>
          <p contents-hash="a4486e2d26e9c273aca1a995ed0e937ce7824814d73e26b8dbd2b814e69f402d" dmcf-pid="HlKK2cQ9pA" dmcf-ptype="general">그 결과 단단하고 안정적인 무기물 보호막이 형성되면서 전해질 소모와 계면 불안정성이 동시에 억제됐습니다.</p>
          <p contents-hash="0feb499981a8460c89589154380c1207cbcb8d3bdae9ce240da844bd627d7639" dmcf-pid="XS99Vkx2pj" dmcf-ptype="general">연구팀은 전지 작동 중 전극 표면에서 음이온이 풍부한 환경이 형성되는 과정을 실시간 분석과 시뮬레이션을 통해 확인했습니다. </p>
          <p contents-hash="116a49b54d6723048a4bc6196ded918aa45eb5e57c55396e305c0730fe3950f4" dmcf-pid="Zv22fEMV7N" dmcf-ptype="general">이러한 계면 환경이 안정적인 보호막 형성으로 이어지며 전지 수명 향상의 핵심 메커니즘으로 작용한다는 설명입니다.</p>
          <p contents-hash="62346799fd3ca9af4861843e07548182eb5cdcd7306c9c6de8f424f750b351ac" dmcf-pid="5TVV4DRfpa" dmcf-ptype="general">이 기술은 전해질 조성 변경 없이 전극 표면에 얇은 층만 추가하는 방식으로, 기존 공정과의 호환성이 높고 비용 부담도 적습니다.</p>
          <p contents-hash="ccd16bf3810ef49677112dcdf408eebbe22651d1eb930b087c4044245dceb716" dmcf-pid="1yff8we4Ug" dmcf-ptype="general">또 iCVD 공정은 롤투롤 방식의 대면적 연속 생산이 가능해 산업적 대량 생산에도 적합하다는 평가입니다.</p>
          <p contents-hash="c562357b968b7e8c32043e71639fa67feaed3d76d48804e1cb972c6beb0bf28f" dmcf-pid="toGGX60Hzo" dmcf-ptype="general">이진우 교수는 이번 연구는 "전극 표면 설계를 통해 전해질 반응과 계면 안정성을 제어할 수 있다는 설계 원리를 제시했다"며, "전기차와 에너지저장장치 등 차세대 고에너지 배터리 시장에서 무음극 리튬 금속 전지 상용화를 앞당길 수 있는 것"으로 전망했습니다.</p>
          <p contents-hash="ccdcb8a0861df5f52dd80cf5e0be90d09fd35a330d919ddfff38611d48411af1" dmcf-pid="FgHHZPpXUL" dmcf-ptype="general">이번 연구는 KAIST 생명화학공학과 이주현 박사과정생과 김진욱 박사후 연구원이 공동 제1저자로 참여했으며, 연구 결과는 에너지 분야 국제 학술지, 줄(Joule)에 지난해 12월 10일 자로 실렸습니다.</p>
          <div contents-hash="801ef496f5f505472b2a01f3c9c89d4ae4923e40604ec822a076640097830e75" dmcf-pid="3aXX5QUZ0n" dmcf-ptype="general">
           TJB 대전방송
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           </div>
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            (사진=KAIST)
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          </div>
          <p contents-hash="5e1b0294534c430f466521769e5fdf22c1a264857796af80adb49bb71518f21a" dmcf-pid="0NZZ1xu50i" dmcf-ptype="general">김건교 취재 기자 | kkkim@tjb.co.kr</p>
         </section> 
        </div> 
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