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[IT뉴스]"두꺼워도 리튬이온은 빠르게"…고용량 배터리 막던 장벽 낮췄다

온카뱅크관리자

2026-09-22 15:17:25

<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="U5hPYQ9UuL">
          <p contents-hash="f19e9a58b42a136d7adb67ecbe80f79c18d5299d7c3d6ce3244e82eb33b6c468" dmcf-pid="u1lQGx2u0n" dmcf-ptype="general">흑연질화탄소 첨가해 리튬이온 이동 에너지 56% 낮춰<br>고속 방전 용량 166% 증가…600회 뒤 용량 유지율도 개선</p>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="16654d1c5bf15cf7295f08ca10bf53955a3dc365245d79a83e041fe37919c4b0" dmcf-pid="7tSxHMV7ui" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="한국화학연구원 연구팀이 개발한 첨가제와 완성된 전극" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202609/22/551724-22lyJQR/20260922151324153fsif.jpg" data-org-width="800" dmcf-mid="0Xo0kpXSzg" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202609/22/551724-22lyJQR/20260922151324153fsif.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            한국화학연구원 연구팀이 개발한 첨가제와 완성된 전극
           </figcaption>
          </figure>
          <p contents-hash="95759398709d20ff8781df4f76b78366cd1318474bf58494d44f03eb63df8c17" dmcf-pid="zFvMXRfz7J" dmcf-ptype="general"><br>한 번 충전한 배터리를 더 오래 사용하려면 같은 크기와 무게에 더 많은 에너지를 저장해야 합니다. 이를 위해 전극을 두껍게 만드는 방법이 주목받고 있지만, 두꺼워질수록 전극 안쪽에서 리튬이온 이동이 느려지는 문제가 있었습니다.</p>
          <p contents-hash="55bd2ea998b98de52428157f54ddeae976f3c925389c04c9062c44e41086e60e" dmcf-pid="q8uD9wae0d" dmcf-ptype="general">한국화학연구원 문산·석정돈 박사 연구팀은 흑연질화탄소(graphitic carbon nitride, g-C3N4)를 양극 첨가제로 활용해 이 같은 문제를 개선한 건식 후막 양극 기술을 개발했습니다. 연구에는 서울대학교와 연세대학교, Thermo Fisher Scientific Korea가 참여했습니다.</p>
          <p contents-hash="fee747f74acc58a86806dd70d30973e9f9bc32baa1926e58d5fe5d08236fe944" dmcf-pid="B67w2rNdFe" dmcf-ptype="general">◆ 두꺼운 전극의 '리튬 교통체증' 해결</p>
          <p contents-hash="15fcd5e8a37b2851e6199b687e6da85c4b9e984bd3c78caf054a81150483debe" dmcf-pid="bPzrVmjJzR" dmcf-ptype="general">전극을 두껍게 만들면 같은 면적에 더 많은 활물질을 담을 수 있어 고에너지밀도 배터리 제작에 유리합니다.</p>
          <p contents-hash="3cedf3b6d9ad1f7b2b3e5410cb1d80d58249cae00dbd26468e3ca2604312ab46" dmcf-pid="KQqmfsAipM" dmcf-ptype="general">하지만 두께가 늘어날수록 리튬이온이 전극 내부 깊숙한 곳까지 이동하기 어려워집니다. 이 때문에 전극 안쪽의 활물질을 충분히 활용하지 못하는 이른바 '리튬 교통체증'이 발생합니다.</p>
          <p contents-hash="72a003d3f85fafdda8511c60c94db41436b8a91c45967a4bcac958413bb9774d" dmcf-pid="9xBs4Ocn3x" dmcf-ptype="general">현재 널리 쓰이는 습식 공정은 양극재와 바인더 등을 용매에 섞어 바른 뒤 건조하는 방식입니다. 전극이 두꺼워지면 건조 과정에서 바인더가 위쪽으로 이동해 내부 조성이 불균일해질 수 있습니다.</p>
          <div contents-hash="2e48e00aa88e904ee502179f7238b73446d3e92a9579869bebbace2ca159d6c6" dmcf-pid="2MbO8IkL0Q" dmcf-ptype="general">
           건식 공정은 용매와 건조 과정을 없애 이런 문제를 줄일 수 있지만, 두꺼운 전극에서 발생하는 리튬이온 이동 저항까지 해결하지는 못했습니다.
          </div>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="c69de67e50bfa7c9e2a8276a7dcb2134d9f8b3a2cebfc89b175949bfebc69bcc" dmcf-pid="VRKI6CEozP" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="전극 분말 반죽과 집전체를 롤러로 밀어 접착시키는 작업을 진행 중인 연구원" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202609/22/551724-22lyJQR/20260922151324366zjhi.jpg" data-org-width="800" dmcf-mid="prL3c0Hl7o" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202609/22/551724-22lyJQR/20260922151324366zjhi.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            전극 분말 반죽과 집전체를 롤러로 밀어 접착시키는 작업을 진행 중인 연구원
           </figcaption>
          </figure>
          <div contents-hash="bb0b60e168971100c71ae6c745f49301379d579642fee583687fdf9d0f1e1f73" dmcf-pid="fe9CPhDgu6" dmcf-ptype="general">
           <div>
            <br>◆ '리튬이온 길잡이' 역할하는 흑연질화탄소
            <br>
            <br>연구팀은 다공성 흑연질화탄소를 전극 내부에 넣어 리튬이온 이동을 돕도록 했습니다. 흑연질화탄소 표면의 질소는 지나가는 리튬이온을 잠시 붙잡았다가 놓아주는 '리튬-질소 결합'을 만듭니다.
            <br>
            <br>전해액 속 리튬이온은 양극재 안으로 들어가기 전 자신을 둘러싼 용매 분자를 떼어내는 '탈용매화' 과정을 거쳐야 하는데, 흑연질화탄소가 이 과정을 돕는 일종의 '중간 환승거점' 역할을 하는 것입니다. 다공성 구조는 전해액이 전극 안쪽까지 잘 스며들도록 해 리튬이온이 보다 고르게 분포하는 데도 도움을 줬습니다.
            <br>
            <br>◆ 이동 에너지 56% 감소…고속 방전 용량 166% 증가
            <br>
            <br>실험 결과 리튬이온 이동에 필요한 활성화에너지는 기존 49.8kJ/mol에서 22.1kJ/mol로 56% 줄었습니다.
            <br>
            <br>흑연질화탄소를 0.5% 넣은 약 68㎛ 두께의 건식 전극은 3C 고속 방전에서 용량이 58.8mAh/g에서 156.2mAh/g으로 165.9% 증가했습니다. 출력밀도도 최대 2.85배 높아졌습니다.
            <br>
            <br>파우치형 완전전지에서는 600차례 충·방전 이후 용량 유지율이 기존 72.9%에서 81.3%로 개선됐습니다.
            <br>
            <br>◆ 많이 넣으면 오히려 성능 저하
            <br>
            <br>다만 흑연질화탄소를 많이 넣는다고 성능이 계속 좋아지는 것은 아니었습니다. 흑연질화탄소는 전기가 잘 통하지 않아 과량 첨가하면 전기저항이 커질 수 있습니다. 또 압착한 전극이 시간이 지나 다시 부푸는 '스프링백' 현상이 심해지면 내부 이온 이동 통로도 복잡해질 수 있습니다.
            <br>
            <br>연구팀은 이에 따라 첨가제의 양뿐 아니라 전극 내부 배치와 기공 구조까지 함께 설계해야 한다는 점을 확인했습니다.
            <br>
            <br>◆ 건식 전극 대량생산 가능성
            <br>
            <br>건식 전극은 용매 사용과 건조·회수 공정을 줄일 수 있어 제조공정을 단순화하고 에너지 사용과 설비 공간을 줄일 가능성이 있습니다.
            <br>
            <br>이번 기술은 롤투롤 제조와도 호환돼 향후 전기차와 에너지저장장치(ESS)용 고에너지·고출력 배터리 생산 기술로 확장될 수 있을 것으로 기대됩니다. 다만 이번 연구에서는 실제 양산 수율이나 제조원가 절감률을 직접 측정하지는 않았습니다.
           </div>
          </div>
          <p contents-hash="ed6f35d021af1fec252e1c3e52e5b72efd073c65392df2e0e957e2d3e5b3e009" dmcf-pid="4rL3c0Hlz8" dmcf-ptype="general">(사진=한국화학연구원) </p>
          <p contents-hash="1aa46a7bfd4c8b4517faadb2639518015681acde0f4e12bcbd4b4e79972805d9" dmcf-pid="8mo0kpXS74" dmcf-ptype="general">조형준 취재 기자 | brotherjun@tjb.co.kr</p>
         </section> 
        </div> 
        <p class="" data-translation="true">Copyright © TJB </p>

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