하이니켈 배터리 수명 깎는 구조 붕괴, '원자 기둥'으로 막는다

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KIST 박정진 선임연구원팀, 네이처 에너지 발표

(서울=연합뉴스) 조승한 기자 = 고성능 배터리인 하이니켈 배터리의 수명 저하를 일으키는 구조 붕괴를 막는 튼튼한 '원자 기둥' 삽입 기술이 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST)은 에너지저장연구센터 박정진 선임연구원 연구팀이 배터리 수명을 오래 유지할 수 있는 새로운 양극소재 기술을 개발했다고 밝혔다.

배터리 연구는 더 많은 에너지를 저장하기 위해 고에너지 배터리 요소인 니켈 함량을 높이는 추세지만, 니켈이 90%를 넘어서는 하이니켈 양극재는 충·방전을 반복하면 내부 구조가 부풀거나 급격히 수축해 무너지는 '붕괴 현상'이 발생해 수명이 빠르게 주는 문제가 있다.

이런 구조적 불안정성은 배터리에 미세 균열을 일으키고 결국 수명을 급격히 줄여 고성능 전기차 보급 등에 걸림돌로 작용해 왔다.

이에 연구팀은 배터리 초기 구동 과정에서 전기를 가해 원자 배열을 재구성해 내부 층과 층 사이를 지탱하는 '원자 기둥'으로 만들어 구조 붕괴를 막는 기술을 개발했다.

배터리를 처음 충전할 때 발생하는 전기화학 반응을 정밀 제어해 내부 원자들이 스스로 층 사이사이에 박히도록 함으로써 내부 구조를 지탱하는 역할을 부여한 것이다.

실험 결과 이 기술을 적용한 배터리는 100회 충·방전 후에도 초기 성능의 92%를 유지해 기존 고니켈 소재보다 높은 내구성을 보였다.

특히 이 방식은 별도 첨가제나 복접한 공정을 거치지 않고도 구조 안정성을 확보해 제조 공정을 단순화할 수 있다고 연구팀은 강조했다.

박 선임연구원은 "배터리 손상의 근본 원인을 원자 수준에서 규명하고 이를 전기화학적 방법으로 해결했다는 점에서 기술적 의의가 있다"며 "현재 전기차용 배터리 적용을 위한 상용화 가능성을 검토 중으로 후속 연구를 통해 실제 활용으로 이어가겠다"고 말했다.

이번 연구 결과는 지난해 11월 27일 국제학술지 '네이처 에너지'에 실렸다.

shjo@yna.co.kr

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