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[IT뉴스]‘오르막길도 거뜬’…UNIST, 출력 75% 높인 대용량 전극 개발

온카뱅크관리자

2026-01-05 13:57:30

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        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="7DNGKN8BiR">
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="7d97926c7c6c4cb4b33fbcbb0c957ddc069820e47b68fca3ffebf3cc8b3bf8bd" dmcf-pid="zwjH9j6bRM" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="전기차배터리. 게티이미지뱅크 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202601/05/dongascience/20260105135300346hxuo.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="uYNGKN8Bne" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202601/05/dongascience/20260105135300346hxuo.jpg" width="658"></p>
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            전기차배터리. 게티이미지뱅크 제공
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          <p contents-hash="ca5926ac169325d2c3904b1db1ca64bee09d9b05a90c76d15e576bd9d0618e87" dmcf-pid="qmcZVcQ9dx" dmcf-ptype="general"> 배터리 용량을 늘릴 때 출력이 떨어지는 문제를 해결할 새로운 전극이 개발됐다. 주행 거리가 길어져도 오르막길에서 힘이 딸리지 않는 전기차 개발을 앞당길 성과로 기대된다. </p>
          <p contents-hash="47abd14b7baa6e735a914dd2363f493687f9aafa17be1583eb680dfdd2835bdb" dmcf-pid="Bsk5fkx2MQ" dmcf-ptype="general">울산과학기술원(UNIST)은 정경민 에너지화학공학과 교수팀이 배터리 후막 전극 내 다공성 구조를 최적화함으로써 출력을 기존 대비 75% 높인 대용량 전극을 개발했다고 5일 밝혔다. </p>
          <p contents-hash="c76d440d00b0160157a37f5d0a17d3c19b1c724be11abf04254375a27e4dd44e" dmcf-pid="bOE14EMViP" dmcf-ptype="general">전기차 시장의 화두는 단연 주행거리다. 배터리 전극을 두껍게 쌓아 용량을 늘리는 '후막 전극 기술'이 주목받는 이유다. 문제는 전극이 두꺼워지면 순간 출력 성능이 떨어진다는 점이다. 전극 두께만큼 리튬이온 이동 거리가 늘어나고 통로가 복잡해져 방전 과정이 느려진다.</p>
          <p contents-hash="abdd37b31af44f873126afeb8c6ad2d6246c028a5b321e07403d82a51ebe6d4d" dmcf-pid="KIDt8DRfM6" dmcf-ptype="general">연구팀은 전극 내 기공을 두 종류로 분류하는 분석법을 토대로 새 전극을 개발했다. 전극 안에는 리튬이온이 비교적 잘 통과하는 큰 기공과, 도전재·바인더가 뭉쳐 형성된 미세 기공이 공존한다. 미세 기공은 탄소-바인더 도메인(CBD, Carbon-Binder Domain)을 가리킨다. CBD는 활성물질 입자 사이를 메우며 전자 통로를 형성하는 탄소와 바인더의 복합 구조다. CBD는 전자 전도도를 높이는 데 필수적이다. 다만 CBD가 지나치게 많거나 뭉쳐 있으면 이온 이동 통로를 막아 성능 저하를 유발할 수 있다. 후막 전극에서 CBD는 성능을 좌우하는 핵심 요소다.</p>
          <p contents-hash="b87ac79d4d9b110aea3c42592248a00928691b91ddcaa6b1f953496069a44429" dmcf-pid="9CwF6we4e8" dmcf-ptype="general">연구팀은 CBD가 리튬이온의 흐름을 방해한다고 봤다. 연구팀은 CBD 영향을 정량적으로 분석할 수 있는 이중공극 전송선 모델(DTLM, Dual-Pore Transmission Line Model)을 자체 개발했다. DTLM은 전극 내 두 종류의 이온 이동 경로를 독립적으로 모델링해 이온 저항의 원인을 정량적으로 파악할 수 있는 이론적 분석 도구다. 기존 모델은 공극을 단일 값으로 평균화해 한계를 보였지만 DTLM은 후막 전극의 복잡한 구조를 물리적으로 반영한 모델 기반 해석을 가능하게 한다. </p>
          <p contents-hash="c8658328135205731da53d427f008acfb58f8b96c70fb851d47a687ca80d1019" dmcf-pid="2hr3Prd8R4" dmcf-ptype="general">연구팀은 DTLM 데이터를 기반으로 CBD 미세구조가 후막 전극의 성능과 안정성에 미치는 영향을 규명했다. 이를 기반으로 전극 미세구조를 최적화할 수 있는 설계 전략을 제시했다. 후막 전극에서 중요한 CBD 함량, 응집체(agglomerate) 형태, 바인더 비율과 같은 변수들을 체계적으로 조정하고 제조 공정과 도전재 함량 등을 조절해 대용량 전극을 개발했다. </p>
          <p contents-hash="e9fd11c160be1366e6c00a716ec54b087241ac5f99e3d8d72236d46e02bdd4ad" dmcf-pid="Vlm0QmJ6nf" dmcf-ptype="general">연구팀이 개발한 전극은 면적당 용량이 1cm²당 10밀리암페어시(mAh)에 달하는 고용량임에도 출력 성능이 뛰어나다. 특히 2C 고출력 환경에서 기존 전극은 면적당 용량이 1cm²당 0.98mAh에 그친 반면 새 전극은 1.71mAh/cm²를 기록했다. 2C는 정격 용량의 두 배의 전류로 충·방전하는 조건을 말한다. 짧은 시간 안에 뽑아낼 수 있는 전기 에너지가 약 75% 늘어난 셈이다.</p>
          <p contents-hash="071cbbfa736fb441348c22706a736d2cbb485edaf8eba03718f1d3ce9a1e0abb" dmcf-pid="fSspxsiPiV" dmcf-ptype="general">연구 제1저자인 전병진 UNIST 박사후연구원은 "정량 분석으로 얻은 수식은 물리 정보 기반 인공지능(PINN, Physics-Informed Neural Network)을 배터리 설계에 본격 적용할 중요한 토대가 될 것"이라고 말했다. PINN은 데이터가 부족한 상황에서 물리 공식을 기반으로 학습하는 인공지능 기술이다.</p>
          <p contents-hash="040bce267899e32334ad81c5dcc13e60055e5397fbf4b985de48a948ac6ba199" dmcf-pid="4vOUMOnQM2" dmcf-ptype="general">정 교수는 “후막 전극 시대에는 소재 자체 특성뿐만 아니라 소재가 만드는 ‘미세 구조의 활용도’를 높이는 설계가 중요해질 것”이라며 “이번 연구는 하이니켈 배터리뿐 아니라 도전재 비중이 높아 설계가 까다로운 리튬인산철(LFP) 배터리 등 차세대 배터리 개발에도 중요한 역할을 할 것”이라고 설명했다. </p>
          <p contents-hash="63894220a8a37757d34f7ebb218682a72f2fcb3cc5f5869a5e675980663f3f89" dmcf-pid="8TIuRILxn9" dmcf-ptype="general">연구는 에너지·환경 분야 국제 학술지인 ‘어드밴스드 에너지 머터리얼즈(Advanced Energy Materials)’에 지난달 12일 게재됐다. </p>
          <p contents-hash="d99d18849e092d4f0ae7f0997b21227dcdec0e54508d4ddcee59ccb22bb4fa70" dmcf-pid="6yC7eCoMRK" dmcf-ptype="general">&lt;참고자료&gt;<br> -https://doi.org/10.1002/aenm.202505334 </p>
          <p contents-hash="d550e1c6b33d7a2973020b69d0107aec9e0ea120d41d948feff698d578001694" dmcf-pid="PWhzdhgReb" dmcf-ptype="general">[이채린 기자 rini113@donga.com]</p>
         </section> 
        </div> 
        <p class="" data-translation="true">Copyright © 동아사이언스. 무단전재 및 재배포 금지.</p>

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