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[IT뉴스]“충전은 빠르게, 배터리는 오래”…3차원 디지털트윈으로 규명

온카뱅크관리자

2026-08-24 11:27:25

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> KAIST, 배터리 급속충전 시 성능·수명 저하 원인 밝혀 3차원 디지털 트윈서 전극 두께, 바인더 위치, 빈 공간 등 영향 
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 <img alt="3차원 디지털 트윈으로 전기차 배터리 급속충전 시 배터리 수명을 저하시키는 내부 손상 원인을 규명한 연구성과 개념도를 AI로 생성한 이미지. KAIST 제공." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/24/dt/20260824112010492witq.jpg" data-org-width="640" dmcf-mid="uIL6Hsb0lk" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/24/dt/20260824112010492witq.jpg" width="658">
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 3차원 디지털 트윈으로 전기차 배터리 급속충전 시 배터리 수명을 저하시키는 내부 손상 원인을 규명한 연구성과 개념도를 AI로 생성한 이미지. KAIST 제공.
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 3차원 디지털 트윈 기술을 통해 전기차 배터리의 충전 성능을 파악할 수 있는 길이 열렸다. 여러 종류의 전극을 일일이 만들어 실험하기 전에 가상공간에서 배터리 성능과 수명을 확인할 수 있게 될 전망이다.
 KAIST는 이강택 기계공학과 교수팀이 조은애 신소재공학과 교수팀과 공동으로 상용 리튬이온배터리에 사용되는 흑연 음극의 내구 구조를 3차원 디지털 트윈으로 구현해 급속충전 과정에서 배터리 성능이 떨어지는 원인을 규명했다고 24일 밝혔다.
 배터리를 급속 충전하면 일부 리튬이온이 음극의 흑연 입자 안으로 이동해 들어가지 못해 표면에 쌓이는 ‘리튬 도금’ 현상이 생긴다. 이런 현상이 계속되면 배터리 성능과 수명을 떨어 뜨린다.
 또 흑연 표면에 배터리를 보호하는 얇은 막인 ‘고체전해질 계면층(SEI)’도 만들어지는데, 너무 두껍거나 고르지 않으면 배터리 성능이 저하될 수 있다.
 이런 현상들은 매우 작은 배터리 내부에서 동시에 일어나 기존 컴퓨터 모델로 정확히 확인하기 어렵다.
 연구팀은 리튬을 저장하는 흑연, 이를 붙여주는 접착제 역할을 하는 바인더, 리튬이온이 이동하는 빈공간인 기공을 3차원 구현해 실제 상용 흑연 음극 구조와 동일한 가상의 배터리 전극을 만들었다.
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 <img alt="연구결과가 실린 국제 학술지 후면 표지. KAIST 제공." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/24/dt/20260824112011816wofu.jpg" data-org-width="640" dmcf-mid="7Xe2TEu5hc" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/24/dt/20260824112011816wofu.jpg" width="658">
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 연구결과가 실린 국제 학술지 후면 표지. KAIST 제공.
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 이 가상 전극에서 빠르게 충전했을 때 리튬이온 이동과 표면에 쌓이는 리튬 위치, 보호막 형성 등을 종합적으로 살펴봤다.
 그 결과, 전체 충전용량이 비슷해도 전극 내부 바인더와 빈 공간이 어떻게 배치돼 있느냐에 따라 배터리 손상 정도가 달라질 수 있음을 확인했다.
 전극 내부에서 리튬 저장 위치와 배터리 성능을 떨어 뜨리는 반응이 일어나는 위치도 뚜렷하게 달랐다.
 특히 바인더가 전극의 한쪽에 몰리면 리튬이온이 지나갈 수 있는 빈 공간이 줄어 쌓이는 리튬도금 양이 바인더가 고르게분포한 전극보다 10% 이상 증가했다. 이런 차이는 전극이 두꺼워질수록 더욱 커졌다.
 전극을 두껍게 만들어 더 많은 에너지를 저장하기 위해선 재료의 양뿐 아니라 내부에 어떻게 배치할 것인지를 세밀하게 설계해야 한다는 의미라고 연구팀은 설명했다.
 빈 공간 위치는 전극이 받는 힘에도 영향을 미쳐 빈 공간이 부족하면 흑연 입자가 팽창할 여유가 없어 특정 부분에 힘이 집중됐다.
 이강택 교수는 “전극 안의 바인더와 빈 공간을 적절하게 배치하면 많은 에너지를 저장하면서 빠르게 충전하고 오래 사용할 수 있는 배터리를 설계할 수 있음을 제시한 연구”라며 “앞으로 최적의 전극 구조를 찾는 데 활용돼 전기차 배터리 충전시간은 줄이고, 배터리 수명은 늘리는 기술 개발에 기여할 것”이라고 말했다.
 연구결과는 국제 학술지 ‘인포맷’ 지난달 7일 후면 표지 논문으로 게재됐다.
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 <img alt="이강택(오른쪽 아래부터 시계방향으로) 기계공학과 교수, 조은애 신소재 공학과 교수, 강애진 기계공학과 박사과정. KAIST 제공." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/24/dt/20260824112013136cpjw.jpg" data-org-width="640" dmcf-mid="zlHIxqkLWA" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/24/dt/20260824112013136cpjw.jpg" width="658">
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 이강택(오른쪽 아래부터 시계방향으로) 기계공학과 교수, 조은애 신소재 공학과 교수, 강애진 기계공학과 박사과정. KAIST 제공.
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 이준기 기자 bongchu@dt.co.kr
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