일반 흑연과 개질된 흑연 엣지 표면에서의 SEI 층 형성 메커니즘 모식도.

[톡톡뉴스] 조선대학교(총장 김춘성)와 충남대학교(총장 김정겸) 공동연구팀이 리튬이온전지의 초기 비가역적 용량 손실을 개선할 수 있는 계면 제어 기반의 신소재 기술을 개발하며 세계적으로 권위 있는 에너지 분야 국제학술지 ‘International Journal of Energy Research’ 2025년 7월호에 논문을 게재했다.

이번 연구는 조선대학교 생명화학공학과 이정수 교수와 충남대학교 송우진·임종철 교수의 공동연구팀이 수행했으며, 전기차, 스마트폰 및 에너지저장장치(ESS) 등 일상에서 광범위하게 활용되는 리튬이온전지의 효율성과 내구성을 동시에 개선할 수 있는 가능성을 보여주었다.

연구팀은 배터리의 핵심 소재 중 하나인 흑연(Graphite) 음극의 표면 구조를 정교하게 조절하고, 여기에 이온성 액체(Ionic Liquid)라는 특수한 액체 물질을 결합함으로써 성능 저하의 주요 원인을 해결했다.

특히, 배터리를 처음 사용할 때 발생하는 리튬 손실(초기 비가역 용량 손실)을 줄이고, 전류 흐름을 방해하는 내부 저항도 감소시켜 배터리의 전체 성능을 향상시키는데 성공했다.

연구진은 흑연 가장자리에 ‘4-브로모벤조산’이라는 화학물질을 도입한 뒤, 이온성 액체 전구체를 공유결합 형태로 적용하여 전극과 전해질이 만나는 계면(경계면)에서 생기는 불필요한 반응과 저항을 효과적으로 억제했다.

그 결과, 보다 더 얇고 균일한 고체전해질계면(SEI) 층이 형성되었고, 충전과 방전을 반복해도 성능 저하가 적고, 고속 충전과 방전에도 높은 안정성을 유지하는 것이 확인되었다.

이번 기술은 배터리의 효율과 내구성을 동시에 향상시킬 수 있는 핵심 기술로, 전기차 주행거리 증가, 스마트폰 배터리 수명 연장, 고속 충전 안정성 확보 등 일상생활에 직접적인 영향을 줄 수 있는 핵심 요소다.

향후에는 배터리 교체 주기를 줄이고 에너지 효율을 높여 소비자 편익 향상은 물론 차세대 고성능 배터리 개발의 기반 기술로 활용되어 국내 배터리 산업 경쟁력을 높이는데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

이정수 교수는 “이번 연구는 배터리 소재의 구조를 정밀하게 제어해 성능을 안정적으로 끌어올릴 수 있음을 입증한 것”이라며, “향후 고성능 전기 개발의 토대가 될 수 있는 의미 있는 성과이며, 실생활과 산업 전반에 도움이 되는 연구가 되기를 바란다”고 밝혔다.

한편, 본 연구는 한국연구재단 기초연구사업(NRF-2020R1I1A3071687)의 지원을 받아 수행되었으며, 조선대학교 박희경 연구원과 충남대학교 송치경 연구원이 공동 제1저자로 함께 참여했다.        김미자 기자의 다른 기사 보기