경북대학교와 성균관대학교, 경희대학교 공동연구팀이 차세대 고용량 배터리의 성능과 안정성을 높일 수 있는 새로운 설계 원리를 제시했다.경북대 화학교육과 이원태 교수 연구팀은 성균관대 윤원섭 교수, 경희대 박민식 교수 연구팀과 함께 리튬이 풍부한 니켈 기반 양극 소재에서 충전 과정 중 발생하는 산소 반응의 불안정성을 제어하는 구조 설계 원리를 규명했다고 7일 밝혔다.차세대 고용량 배터리는 산소까지 전기화학 반응에 참여시키는 '음이온 산화·환원' 기술을 활용하지만, 충전 과정에서 산소가 기체로 방출돼 구조가 붕괴하고 수명이 짧아지는 문제가 상용화의 걸림돌로 꼽혀왔다.연구팀은 리튬니켈옥사이드(Li₂NiO₂) 양극 소재에 소량의 플루오린(F)을 도입하는 원자 수준 설계 전략을 적용했다. 이 과정에서 형성된 리튬-산소-금속-플루오린(Li-O-M-F) 결합 구조가 산소의 전자 상태를 안정화해 산소 방출을 억제하고 구조 붕괴와 미세 균열을 줄이는 것으로 확인됐다.연구 결과 배터리의 구조적 안정성과 수명이 향상됐으며 기존보다 니켈 이온이 전기화학 반응에 더 크게 기여하는 것으로 나타났다.연구팀은 이번 기술이 1000㎞ 이상 주행 가능한 차세대 전기차를 비롯해 에너지저장장치(ESS), 전고체 배터리, 휴머노이드 로봇 등 피지컬 AI 시스템에 적용될 고에너지 저장 기술 개발에도 활용될 것으로 기대하고 있다.이원태 경북대 교수는 "원자 수준의 미세 구조 제어를 통해 산소 반응과 구조 안정성을 동시에 조절할 수 있음을 규명했다"며 "차세대 고에너지 배터리와 피지컬 AI 시대를 앞당길 핵심 설계 전략이 될 것으로 기대한다"고 말했다.이번 연구 성과는 재료과학 분야 세계적 학술지 '어드밴스드 머티리얼즈' 6월 23일자 표지논문으로 게재됐다.
;){kind=link}
