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[IT뉴스]경상국립대 성재경 교수팀, 12분 고속 충전 전고체전지 실리콘 음극 기술 개발

온카뱅크관리자

2026-09-30 10:07:25

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div>  <strong class="summary_view" data-translation="true">탄소나노튜브 사슬 네트워크로 실리콘 부피 팽창·균열 문제 극복<br>로봇·드론·자율주행 등 고출력 피지컬 AI 차세대 배터리 적용 기대</strong> 
        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="V6jCd6SrcW">
          <p contents-hash="8dad5cf42b96abf04ac3fda0f00a47d19a768943900a4a852cf03fa1891421c8" dmcf-pid="fUQaKUAiky" dmcf-ptype="general">국내 연구진이 기존 배터리보다 안전하고 성능이 뛰어난 전고체전지의 수명과 출력을 동시에 획기적으로 늘릴 수 있는 새로운 실리콘 음극 구조를 개발했다.</p>
          <p contents-hash="8b58f38f71c2dc3e869553f996fe4c74865f6fca99addcb2d70910b1bc03d0e3" dmcf-pid="4uxN9ucncT" dmcf-ptype="general">약 12분 만에 충전과 방전이 완료되는 고속 조건에서도 3000회 이상 안정적으로 작동하는 성과를 거둬 전기차는 물론 로봇과 드론 등 고출력이 필수적인 차세대 산업 전반에 파급효과가 클 것으로 기대된다.</p>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="6b63b5dca25946a6bee62a7ac02ac7c27c663adc9d36d54ad6e592c25270eb05" dmcf-pid="87Mj27kLgv" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="CNT 네트워크 기반 전극의 설계 원리 및 형상과 이를 적용한 전고체전지의 모식도 및 활용방안에 관한 개념도. 경상국립대 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202609/30/segye/20260930100432132txce.png" data-org-width="1342" dmcf-mid="236oB0NdNY" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202609/30/segye/20260930100432132txce.png" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            CNT 네트워크 기반 전극의 설계 원리 및 형상과 이를 적용한 전고체전지의 모식도 및 활용방안에 관한 개념도. 경상국립대 제공
           </figcaption>
          </figure>
          <div contents-hash="912a79ec2b1a8e5760baacb866313e3218784a084985982c548e54867b8da96f" dmcf-pid="6zRAVzEokS" dmcf-ptype="general">
            경상국립대는 공과대학 신소재공학부 성재경 교수 연구팀이 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)로 마이크로 실리콘 입자를 사슬처럼 감싸 연결한 ‘CN-Si(Chain-based Networking)’ 전극 구조를 개발했다고 30일 밝혔다.
          </div>
          <p contents-hash="b727499a6012c6e22db64061c4145f21d804228d7f387d3286bed9ee6d9589d2" dmcf-pid="PqecfqDgal" dmcf-ptype="general">전고체전지는 불이 붙기 쉬운 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용하는 배터리로, 화재 위험이 낮고 에너지 밀도가 높아 차세대 에너지 저장 장치로 주목받고 있다.</p>
          <p contents-hash="39db1c2093ca38288d362a64ecfdce2af45f297bc9e8e2d3fe53466b6e5d9a4a" dmcf-pid="QBdk4Bwagh" dmcf-ptype="general">특히 음극 소재로 쓰이는 실리콘(Si)은 기존 흑연 음극보다 저장 용량이 훨씬 크다는 장점이 있다.</p>
          <p contents-hash="0514c62eb32d4ee84d605c02cd4245598ddc084b3f1506d46cf8808af00edc28" dmcf-pid="xbJE8brNaC" dmcf-ptype="general">최근에는 전극 내 실리콘 함량을 늘려 에너지 밀도를 극대화하기 위해 고체 전해질을 섞지 않고 리튬의 확산을 이용하는 ‘확산 의존형’ 마이크로 실리콘 음극 연구가 활발히 진행 중이다.</p>
          <p contents-hash="673c169303be3e77f4b13cadccfdcd0af34034800a55af4b578c7ddf44ff5f4e" dmcf-pid="yrXzlrb0aI" dmcf-ptype="general">하지만 실리콘은 충전과 방전을 반복할 때 부피가 크게 팽창하고 수축하는 물리적 한계가 있다.</p>
          <p contents-hash="01aefe73f0b7662545bae4cb36664a693ba2e3eb3c2a24bedc093bbc764f1151" dmcf-pid="WmZqSmKpaO" dmcf-ptype="general">이 과정에서 발생하는 강력한 변형 힘(응력) 때문에 전극 내부에 미세한 균열과 빈 공간인 공극이 형성되는데, 전기를 빠르게 주고받는 고속 충·방전 조건에서는 이러한 구조적 손상이 한층 심해져 리튬이온과 전자의 이동 경로가 끊어지고 배터리 출력이 급격히 저하된다.</p>
          <p contents-hash="858c1cc74a4090c2123fb9f22ae079a610dece5f5b236f3bf01653ea3e9358fc" dmcf-pid="Ys5Bvs9Uks" dmcf-ptype="general">성재경 교수 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 표면 응력 분포 덕분에 매우 높은 기계적 강도를 갖는 유리 구조물인 ‘루퍼트 왕자의 눈물’ 원리에서 착안했다.</p>
          <p contents-hash="b2a10aa6e9dc2a229bbb2b97fc4d68c75797b4febc48284801650585e91e623d" dmcf-pid="GO1bTO2ugm" dmcf-ptype="general">연구팀은 단일벽 탄소나노튜브가 실리콘 입자 표면을 사슬 형태로 감싸고 서로를 연결하는 연속적인 3차원 네트워크 구조를 설계했다.</p>
          <p contents-hash="49c556a27686b7592261ef388675d5538fac03fac8fea8c0f3f02b435b8b7c19" dmcf-pid="HItKyIV7cr" dmcf-ptype="general">이 사슬형 네트워크는 충·방전 중 실리콘 입자에 몰리는 국부적인 응력을 효과적으로 분산시켜 전극 내부의 균열과 공극 생성을 억제한다.</p>
          <p contents-hash="5725a6a911b722554584090739d15ec41c97fb496da56276f6675dafc58b2776" dmcf-pid="X06oB0Ndow" dmcf-ptype="general">동시에 탄소나노튜브가 전극 전체에 끊어지지 않는 전자 전달 경로를 제공해 실리콘의 반응이 전극 전체에서 균일하게 일어나도록 돕는다.</p>
          <p contents-hash="85f3b834d62060921320e0a81ff4be694604002022094ce3b290414865dea244" dmcf-pid="ZpPgbpjJND" dmcf-ptype="general">연구팀이 이 음극을 고니켈 양극재(NCM811)와 결합해 실제 전고체전지 셀로 제작해 성능을 평가한 결과 약 12분 만에 충·방전이 가능한 5C의 고속 조건에서 3000회 이상 충·방전을 반복한 후에도 초기 용량의 약 78%를 유지하는 우수한 내구성을 확인했다.</p>
          <p contents-hash="1a987bae08f5b2259527e9bdf23be88f061ea1e5b4f8f6cc2b148758204a7d3d" dmcf-pid="5UQaKUAiNE" dmcf-ptype="general">약 20분 만에 방전되는 3C 조건에서도 고속 손실 없이 높은 용량을 지켰다.</p>
          <p contents-hash="b3714f48d7afb048ac53b60687772284bbb1b3ea70dd509e748bf32684730009" dmcf-pid="1uxN9ucnNk" dmcf-ptype="general">연구 제1저자인 김석진 석박사통합과정생은 “탄소나노튜브를 단순한 전도성 보조재가 아니라 실리콘 입자를 감싸 응력을 줄여주는 구조적 소재로 재해석했다”며 “고에너지 밀도와 고출력 특성을 동시에 만족하는 전고체전지 실리콘 음극의 새로운 설계 기준을 제시했다”고 말했다.</p>
          <p contents-hash="ce9c4253ef02fc682cfb0317aec3a810374e26cd3a2a0a97d3fa84b9b6a47c4d" dmcf-pid="t7Mj27kLAc" dmcf-ptype="general">이번 연구는 경상국립대 임형준 교수 연구진과 미국 매사추세츠공과대(MIT) 주리(Ju Li) 교수 연구진의 공동 참여로 수행됐으며, 연구 결과는 국제학술지 ‘Advanced Energy Materials’에 게재됐다.</p>
          <p contents-hash="e37884bfb81685ad96dc790e283629e548b286c245423c69c1bbd5bb8df71882" dmcf-pid="FzRAVzEoaA" dmcf-ptype="general">진주=강승우 기자 ksw@segye.com</p>
         </section> 
        </div> 
        <p class="" data-translation="true">Copyright © 세계일보. 무단전재 및 재배포 금지.</p>

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