전체기사 최신뉴스 GAM
KYD 디데이
산업 자동차

속보

더보기

'주름진 실리콘' 소재로 오래 쓰는 고성능 배터리 만든다

기사입력 :

최종수정 :

※ 본문 글자 크기 조정

  • 더 작게
  • 작게
  • 보통
  • 크게
  • 더 크게

※ 번역할 언어 선택

UNIST 박수진 교수팀, 차세대 음극소재 실리콘 안정성 높여
실시간 이미징 '물결치는 실리콘' 원리 규명…Nature Comm. 게재

[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = 국내 학자들이 ‘주름진 실리콘’ 소재 기술로 깨지지 않고 배터리를 안정적으로 작동시키는 연구를 주도, 차세대 배터리 소재로 각광받는 실리콘의 활용에 한 발 더 다가서게 됐다는 평가다. 

26일 UNIST(울산과학기술원·총장 정무영)에 따르면 이 대학 에너지·화학공학부의 박수진 교수팀은 미국 북태평양국가연구소(PNNL)·펜실베이니아주립대와의 공동 연구를 통해 리튬 이차전지용 실리콘 소재의 수명을 향상시킬 기술을 개발했다.

연구진은 이 기술로 만든 실리콘 음극 소재의 충‧방전 과정을 실시간으로 관찰해 물결 모양의 주름 구조가 안정성을 높이는 원리도 규명했다.

이번 연구결과는 이날 세계적 권위지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications) 온라인 판에 게재됐다.

UNIST 에너지 및 화학공학부의 박수진(왼쪽) 교수와 류재건(오른쪽) 연구원

우리가 쓰는 리튬 이차전지는 음극 소재로 흑연을 사용한다. 그런데 전기차 등에서 고용량 배터리 수요가 늘자 실리콘이 주목받고 있다. 이론적으로 실리콘은 흑연보다 약 10배 이상 용량이 크고 작동 전압도 낮아 고에너지 배터리에 적합하기 때문이다. 고에너지 배터리란 단위 부피 당 에너지 밀도가 높은 배터리를 말한다. 배터리 숫자를 늘리지 않고 원하는 에너지를 얻을 수 있어 장점이 많다.

하지만 실리콘을 충전하면 약 3배 이상 부피가 팽창하면서 깨지거나 잘게 부서져 배터리 성능을 저하시켰다.

기존 해결책은 음극 내부에 실리콘이 팽창할 만큼의 여유 공간을 만들거나 실리콘을 단단한 물질로 둘러싸는 것이었다. 이런 방식은 제조과정이 복잡한 데다 실리콘의 고용량 특성도 보장하지 못했다.

이에 박수진 교수팀은 간단하고 값싼 방법으로 ‘깨지지 않는 대면적 이차원 실리콘’을 개발하고 성능 향상 원리를 규명했다.

연구진은 실리콘 나노시트(Silicon nanosheet)를 대면적으로 합성, 탄소층을 얇게 코팅해 ‘대면적 이차원 실리콘’을 만들었다.

주름 구조를 가진 새로운 실리콘을 음극 소재로 쓴 배터리는 충‧방전해도 터지거나 깨지지 않았다.

실시간 투과전자현미경(in situ TEM)으로 충‧방전 과정을 관찰한 결과, 주름 구조가 내부에 쌓인 힘을 손쉽게 방출시켜 안정적으로 팽창과 수축을 반복하는 게 입증됐다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통해서도 같은 해석을 얻었다.

대면적 이차원 실리콘 소재(2DSi@C)의 합성 과정과 결과물: a는 실리콘 나노시트를 합성하는 과정이다. 정육면체 소금 결정에 실리콘을 코팅한 다음, 소금만 녹여내면 실리콘 나노시트가 만들어진다. b는 만들어진 실리콘 소재의 투과전자현미경(TEM) 이미지다. 왼쪽은 한쪽 폭이 5㎛ 정도인 대면적 실리콘 나노시트를 TEM으로 촬영한 모습이다. 어두운 색으로 보이는 부분이 대면적 실리콘 나노시트이고 아래쪽은 TEM의 시료를 두는 부분이 비친 것이다. 오른쪽에는 10㎚ 두께만큼 탄소층이 코팅된 이차원 실리콘 소재의 단면이다. 아래쪽에는 실리콘이, 위쪽에는 탄소가 위치한다.

박수진 교수는 “이 기술은 실리콘의 부피 팽창을 무조건 억제하는 게 아니라 자연스럽게 활용해 구조적으로 안정성을 높인 새로운 시도”라며 “게르마늄(Ge)이나 주석(Sn) 등 부피팽창률이 큰 다양한 배터리 소재에 적용할 수 있고, 플렉시블 이차전지 분야에도 새로운 역할을 할 것”이라고 말했다. 

 

kimys@newspim.com

[뉴스핌 베스트 기사]

사진
李대통령, 17일 홍준표와 비공식 오찬 [서울=뉴스핌] 송기욱 기자 = 이재명 대통령이 홍준표 전 대구시장과 비공개 오찬을 갖는다. 홍 전 시장은 16일 자신의 페이스북을 통해 "나는 무당적자이고 백수"라며 "보름 전 홍 수석(홍익표 정무수석)이 연락 왔길래 비공개 오찬이라면 괜찮다고 했다"고 말했다. 이어 "야당 대표뿐만 아니라 야당 인사들도 가는데 내가 안 갈 이유가 없기 때문"이라고 덧붙였다. 홍준표 전 대구시장 [사진=뉴스핌 DB] 정치권에 따르면 이 대통령과 홍 전 시장의 오찬은 오는 17일 진행될 것으로 관측된다. 보수 진영에서 대선 후보로도 활동했던 홍 전 시장은 지난해 국민의힘 대선 후보 경선에서 고배를 마신 뒤 현재는 당적이 없는 상태다. 최근에는 더불어민주당 대구시장 후보인 김부겸 전 국무총리를 공개 지지한 바 있다. oneway@newspim.com 2026-04-16 15:57
사진
종합특검, 심우정 PC 압수수색 [서울=뉴스핌] 이석훈 기자 = 3대 특검(내란·김건희·순직해병)의 나머지 사건을 수사하는 2차 종합특별검사팀이 지난 10일 진행한 대검찰처 추가 압수수색에서 심우정 전 검찰총장이 사용하던 PC를 확보한 것으로 확인됐다. 15일 법조계에 따르면 종합 특검팀(특별검사 권창영)은 지난 10일 검찰총장실에 대한 압수수색을 진행했다. 특히 지난달 종합특검의 중앙지검과 대검 압수수색 대상에서 제외됐던 심 전 총장의 PC를 추가로 압수수색한 것으로 알려졌다. [서울=뉴스핌] 사진공동취재단 = 공수처에서 수사하는 '순직해병 수사외압 의혹 사건' 피의자인 이종섭 전 국방부 장관의 출국금지를 해제하는 과정에 관여한 혐의를 받는 심우정 전 검찰총장(당시 법무부 차관)이 31일 오후 서울 서초구 서울중앙지방법원에서 열린 '이종섭 호주 도피 의혹' 첫 공판에 출석하고 있다. 2026.03.31 leehs@newspim.com 다만 심 전 총장이 사용하던 PC가 부분적으로 포맷돼 자료 확보에 어려움을 겪고 있는 것으로 전해졌다. 종합특검은 지난달 23일 대검찰청과 서울중앙지검에 수사 인력을 보내 압수수색을 진행했다. 압수수색 대상에는 당시 김 여사 관련 사건을 수사한 서울중앙지검 반부패2부 등이 포함된 것으로 전해졌다. 김건희 여사가 연루된 '수사 무마 의혹'은 중앙지검이 도이치모터스 주가조작 사건을 처분하면서 제대로 된 수사 없이 공범으로 지목된 김 여사를 불기소 처분했다는 내용을 골자로 한다. 종합특검은 당시 무혐의 처분 과정에 심 전 총장이 관여했다고 보고 있다. 앞서 특검은 무혐의 처분 당시 중앙지검 지휘부였던 이창수 전 중앙지검장, 조상원 전 4차장 검사 등을 출국금지 조치한 바 있다. stpoemseok@newspim.com 2026-04-15 20:40
기사 번역
결과물 출력을 준비하고 있어요.
종목 추적기

S&P 500 기업 중 기사 내용이 영향을 줄 종목 추적

결과물 출력을 준비하고 있어요.

긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
이 내용에 포함된 데이터와 의견은 뉴스핌 AI가 분석한 결과입니다. 정보 제공 목적으로만 작성되었으며, 특정 종목 매매를 권유하지 않습니다. 투자 판단 및 결과에 대한 책임은 투자자 본인에게 있습니다. 주식 투자는 원금 손실 가능성이 있으므로, 투자 전 충분한 조사와 전문가 상담을 권장합니다.
안다쇼핑
Top으로 이동