전기차나 스마트폰 배터리를 반복해 고속 충전하면 수명이 줄어드는 문제가 지적돼 왔다. 국내 연구진이 이러한 한계를 극복할 수 있는 새로운 배터리 음극 소재를 개발했다. UNIST 에너지화학공학과 강석주 교수, 고려대학교 곽상규 교수, 한국과학기술연구원(KIST) 안석훈 박사 공동연구팀은 흑연과 유기소재를 결합해 고속 충전 조건에서도 성능을 안정적으로 유지하는 하이브리드 음극 소재를 개발했다고 24일 밝혔다. 리튬이온 배터리 충전 과정은 리튬이온이 전자와 함께 음극 소재 안에 저장되는 과정이다. 그러나 고속 충전 시 리튬이온이 음극 내부로 충분히 들어가지 못하고 표면에 금속 리튬 형태로 쌓이는 ‘데드 리튬(dead lithium)’이 형성된다. 데드 리튬은 재사용되지 못해 배터리 용량을 줄이고 수명을 단축시키는 원인이다. 연구팀은 이를 해결하기 위해 흑연 입자(MCMB)와 곡면 나노그래핀(Cl-cHBC)을 1:1 비율로 혼합한 구조를 설계했다. 곡면 나노그래핀은 활처럼 비틀린 구조로 층간 간격이 넓고 나노 크기의 빈 공간이 많아 리튬이온이 빠르게 드나들 수 있다. 이 덕분에 리튬이온은 먼저 곡면 나노그래핀에 저장된 뒤 흑연으로 이동하는 ‘순차 삽입’ 과정을 거
텍사스 인스트루먼트(TI)가 업계 최고 수준의 감도를 제공하는 새로운 평면 내(in-plane) 홀 효과(Hall-effect) 스위치 ‘TMAG5134’를 출시했다. 이번 제품은 기존 자기저항 센서를 대체할 수 있는 비용 효율적이고 설계 친화적인 대안을 제시한다. TMAG5134는 통합 자속 집속기(magnetic flux concentrator)를 내장해 문과 창문 센서, 개인용 전자기기, 가전제품 등 다양한 애플리케이션에서 1mT 수준의 약한 자기장도 감지할 수 있다. 이로 인해 더 작은 자석을 사용할 수 있어 시스템 차원의 비용을 줄일 수 있으며, 평면 내 감지 능력을 통해 PCB와 평행하거나 수평한 방향의 자기장을 인식할 수 있어 설계 유연성이 높다. 기존에 엔지니어들은 높은 감도를 확보하기 위해 리드 스위치, TMR(터널 자기저항), AMR(이방성 자기저항), GMR(거대 자기저항) 센서를 활용해 왔다. 그러나 이들 기술은 특수 소재와 복잡한 공정을 필요로 해 비용 부담이 컸다. TI는 TMAG5134를 통해 설계 비용과 출시 기간을 줄이는 동시에 기존 홀 효과 센서보다 우수한 감도를 제공한다고 설명했다. 이 제품은 평균 소비 전류가 0.6µA에
KAIST와 LG에너지솔루션 공동연구팀이 리튬메탈전지의 난제였던 덴드라이트 문제를 해결하며 전기차 배터리 기술의 새로운 전환점을 마련했다. 이번 성과는 리튬이온전지가 제공하던 600km 주행거리 한계를 넘어, 12분 충전으로 800km 주행을 가능케 하는 차세대 배터리 상용화에 청신호를 켰다. KAIST 생명화학공학과 김희탁 교수와 LG에너지솔루션이 함께 운영하는 프론티어 연구소(FRL) 연구팀은 ‘응집 억제형 신규 액체 전해액’ 원천기술을 개발했다고 밝혔다. 리튬메탈전지는 흑연 음극을 리튬메탈로 대체한 차세대 전지로, 높은 에너지밀도를 자랑하지만 충전 시 발생하는 덴드라이트 문제로 안정성과 수명이 제한됐다. 덴드라이트는 나뭇가지 모양의 리튬 결정체로, 전극 내부 단락을 유발해 급속 충전이 사실상 불가능한 상태였다. 공동연구팀은 덴드라이트 발생 원인이 리튬메탈 표면에서의 불균일한 계면 응집반응임을 규명하고, 이를 억제하는 새로운 액체 전해액을 제시했다. 이 전해액은 리튬 이온과의 결합력이 낮은 음이온 구조를 활용해 계면 불균일성을 최소화하고, 급속 충전 상황에서도 덴드라이트 성장을 효과적으로 막는 특징을 보였다. 그 결과, 전지는 1회 충전 시 800km 주
헬로티 서재창 기자 | 한국생산기술연구원은 차세대 이차전지인 수계아연 이차전지의 배터리 수명 저하 문제를 해결했다고 15일 밝혔다. ESS는 생산된 전기를 배터리에 저장했다가 필요할 때 내보내는 장치다. 밤이나 바람이 없는 날 등 태양광과 풍력이 전기를 생산할 수 없을 때도 전력을 공급할 수 있어 신재생에너지 기술에 필수적인 설비다. 최근 리튬이온 이차전지 기반 ESS 장치에서 잇따라 불이 나면서 물을 전해질로 사용해 폭발 위험이 없는 수계아연 이차전지가 차세대 이차전지 기술로 주목받고 있다. 하지만 아연 금속을 음극으로 사용하기 때문에 물 기반 전해질 속에서 부식이 일어나게 되고, 아연 이온이 음극 표면에 나뭇가지 형태의 결정체로 쌓이기 쉽다는 문제가 있다. 이 결정체가 분리막을 뚫고 양극에 맞닿을 경우 단락을 일으켜 수명을 단축하게 된다. 생기원 제주본부 김찬훈 박사 연구팀은 아연 음극 표면의 화학적 성질에 따라 결정체 형성이 억제되고 형태도 달라지는 것을 전자현미경을 통해 최초로 관찰해냈다. 아연 음극 표면이 물 분자와 쉽게 결합하는 친수성 상태일수록 배터리를 충전할 때 아연 이온이 음극 표면에 더 균일하게 흡착돼 결정체 형성이 억제된다는 사실을 밝혀냈
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