배터리 내부 관찰해 더 좋은 배터리 만든다

기사입력 : 2018년07월15일 12:00

최종수정 : 2018년07월15일 16:46

GIST 이현욱 교수, 배터리 실시간 이미징 기술 개발
리튬금속전지 성능 향상 입증

[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = 국내 연구진이 배터리 내부 관찰을 통해 성능이 향상된 리튬금속전지를 개발했다.

15일 한국연구재단에 따르면 배터리 실시간 이미징 전문가 이현욱 UNIST(울산과학기술원) 에너지 및 화학공학부 교수팀은 싱가포르 A스타연구소(A*Star)와의 공동연구를 통해 배터리 실시간 이미징 기술을 개발, 리튬금속전지의 수명과 안정성을 향상시키는 데 성공했다.

전기자동차, 에너지 저장 창고와 같은 새로운 응용분야에 사용하기 위해서는 고용량 전지 연구가 필요하다. 고용량 전지를 개발하기 위해 기본적으로 고용량을 지니는 양극 및 음극활물질이 필요하다.

이런 연구 상황에서 리튬금속은 리튬이온전지의 에너지 용량을 끌어올릴 차세대 음극 물질로 주목받고 있다.

(그림 1) 실험의 개략도 : (a)실리콘을 리튬금속 위에 기상 증착을 하면 (b)전지를 충·방전했을 때 고르게 리튬 증착이 일어난다. (c)반면 일반적인 리튬금속은 불규칙적으로 결정이 성장해 전지의 성능을 저하시킨다. [자료=한국연구재단]

음극 물질 중에서 구동 전압도 가장 낮고 현재 상용화한 흑연 음극보다 용량이 10배 가량 우수하기 때문이다. 하지만 충‧방전 반응이 일어날 때 전극에 나뭇가지 모양으로 결정이 생겨 전지의 성능이 낮아지는 문제가 있었다.

연구팀은 문제해결을 위해 리튬금속 표면에 실리콘을 코팅해서 나뭇가지 모양의 결정이 성장되지 않도록 제어했다. 그 결과 전지의 성능도 개선되고 수명도 더 길어졌다.

(그림 2) 현미경을 통해 배터리 내부 관찰 : 배터리가 구동될 때 리튬금속 전극의 수지상 형성을 관찰한 결과, (e)일반 리튬금속 전극보다 (f)실리콘을 증착한 리튬금속 전극의 모양이 더욱 안정적이다. (a)전지의 성능과 (b)리튬금속의 불균일도에서도 실리콘을 증착한 경우에 더욱 안정적이다. [자료=한국연구재단]

특히 배터리가 구동할 때의 반응을 실시간으로 관찰, 개발된 리튬금속 전극이 어떤 원리로 성능이 개선되는지 시각적으로 입증했다.

일반 리튬금속 음극은 수지상 결정이 분리막을 뚫고 전지를 단락시키는 반면, 실리콘 코팅된 리튬금속 음극은 수지상 결정이 없어 충전이 고르게 일어나고 부피팽창된 모양도 안정적이다.

이 교수는 “이번 연구는 리튬금속 음극 물질의 거동과 부피팽창, 수지상 형성 현상을 이해하고 해결점을 제시한 것”이라며 “이렇게 직접 관찰한 결과를 실제 전지에 적용해 리튬금속전지 상용화에 기여할 수 있다”고 연구의 의의를 밝혔다.

이번 연구결과(논문명 ‘Lithium Silicide Surface Enrichment: A Solution to Lithium Metal Battery’)는 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)’ 7월 6일자에 실렸다.

◆ 논문교신저자 이현욱 교수가 직접 전하는 연구 이야기

이현욱 GIST(울산과학기술원) 에너지 및 화학공학부 교수 . 그는 배터리 실시간 이미징 전문가로 평가받는다. [사진=한국연구재단]

- 연구를 시작한 계기나 배경은?

▲리튬이차전지 음극활물질에 대한 연구를 하다가 리튬금속 음극에 대한 관심을 갖게 되었다. 예전에 실리콘 음극 연구를 하다가, 리튬과 실리콘이 반응하는 것을 생각해서 그 특징을 적용하면 어떨까라는 계기로 시작하게 되었다.

- 연구하면서 어려웠던 점이나 장애요소는 무엇인지? 어떻게 극복했는지?

▲리튬금속이 공기 중에 반응하는 샘플이라 어떻게 공기 중에 안정하게 테스트를 하는지 고민이었다. 다양한 아이디어가 나왔고, 그러한 아이디어를 통해 극복할 수 있었다.

- 이번 성과, 무엇이 다른가?

▲고용량의 장점을 가지는 새로운 전극물질을 개발하는 점이 차이점이다. 특히 배터리가 구동될 때 그 내부를 직접적으로 관찰한다는 장점이 있어, 우리가 만든 물질이 어떻게 문제를 해결해주는지 직접 증명할 수 있다.

- 실용화한다면 어떻게 활용될 수 있나? 실용화를 위한 과제는?

▲현재 이차전지 연구 분야에서 리튬 금속에 대한 관심은 굉장히 높다. 실용화를 위해서 산학연 많은 기관에서 집중적으로 연구하고 있다. 실용화를 위해 리튬금속의 안정성이 확보되는 게 중요하다고 할 수 있다.

- 꼭 이루고 싶은 목표나 후속 연구계획은?

▲이차전지 내부를 관찰하는 연구에 집중하고 싶다. 실제 전지에서 일어나는 현상을 하나하나 규명하고자 한다.

kimys@newspim.com

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한동훈의 깊어가는 '당권 고민' [서울=뉴스핌] 이재창 정치전문기자 = 당권 도전을 놓고 한동훈 전 국민의힘 대표의 고민이 깊어지고 있다. 당초 한 전 대표의 출마에 무게가 실렸으나 최근 '친한(친한동훈)'계 측근들 다수가 출마를 만류하고 있어서다. 출마 땐 승산이 있지만 당내 다수파인 구 '친윤(친윤석열)'계의 벽에 가로막혀 당 쇄신이 사실상 불가능하다는 판단에서다. 대선 참패에도 구 주류는 건재하다. 원하는 후보를 쉽게 원내 사령탑으로 만들었고, 당 개혁안을 다수의 힘으로 저지하고 있다. 원내대표 선거에서 친한계와 쇄신파가 밀었던 김성원 의원이 친윤계의 지원을 받은 송언석 의원에게 완패했다. 30대 60으로 사실상 게임이 되지 않았다. 구 주류가 지배하는 당의 세력 분포를 단적으로 보여준다. 김용태 비상대책위원장이 제시한 개혁안은 이들의 반대로 표류하고 있다. [서울=뉴스핌] 국회사진기자단 = 국민의힘 대선경선에서 탈락한 한동훈 후보가 3일 오후 경기 고양시 킨텍스에서 열린 국민의힘 제5차 전당대회에서 수락연설을 하고 있다. 2024.05.03 photo@newspim.com 이런 상황에서 한 전 대표가 어렵사리 당 대표 자리에 오른다 해도 이들이 비토할 가능성이 높다. 영남 중심의 다수파인 이들이 반대하면 사실상 할 수 있는 게 없다. 전당대회에서 63%라는 압도적 지지로 당선됐다가 이들에 의해 쫓겨난 전철을 밟을 가능성도 없지 않다. 한 전 대표의 출마를 강력히 주장했던 측근들조차 신중론으로 입장을 선회한 배경이다. 물론 한 전 대표가 어떤 결정을 할지는 알 수 없다. 측근들 다수가 반대해도 본인이 출마를 결심할수도 있기 때문이다. 출마 가능성은 여전히 반반이라고 보는 게 맞다. 이준석 개혁신당 의원은 19일 채널A 라디오쇼 '정치시그널'에서 "한동훈 전 대표는 (국민의힘 전당대회에) 안 나온다고 하다가 나올 것"이라며 "한동훈 전 대표가 국민의힘 전당대회에 출마할 것이고, 결국 당 대표로 선출될 것"이라고 전망했다. 이 의원은 지난 대선 경선에서 한 전 대표가 패배한 것에 대해 "누군가는 '한동훈 비토가 세기 때문에 최종 결선 투표에서 진 게 아니냐' 이렇게 얘기하지만 그때 실제로 한덕수 총리에 대한 지지세라는 게 있었다"면서 "그런 분들이 아무래도 단일화나 이런 것에 임할 것으로 예상되는 김문수 후보한테 갔던 것"이라고 봤다. 이 의원은 나경원 의원과 안철수 의원의 출마 가능성까지 거론하며 "한 전 대표가 김문수 후보와 일대일로 만약에 붙는다고 봐도 이길 것"이라고 말했다. 친한계 기류는 출마 만류 쪽이다. 원내대표 선거 완패가 결정적 계기였다. 당 개혁안 표류도 한몫했다. 이런 상황에서 한 전 대표가 설령 대표가 돼도 현실적으로 당 쇄신은 요원하다고 본 것이다. 친한계인 정성국 의원은 18일 YTN 라디오 인터뷰에서 "우리 당이 김용태 비상대책위원장의 개혁안을 받아들이는 태도를 보인다든지, 또는 원내대표 선거에서 송언석 후보가 당선되더라도 치열한 접전이 있었다든지 이런 식으로 당의 변화가 느껴지는 상황에서 한동훈이 등판하면 '우리가 새로운 미래를 열 수 있다'는 기대감을 줄 수 있다"며 "지금 당내 분위기가 아직까지 많이 과거에서 벗어나지 못한다는 느낌을 주고 있다"고 지적했다. 정 의원은 "한 전 대표가 만약 출마를 한다면 가능성은 충분히 제일 높다고 본다"면서도 "지금 굉장히 복잡해졌다. 의견들이 5대 5라고 봤는데, 요즘은 주변에서 '출마하지 말라'는 이야기를 많이 하는 것 같다"고 전했다. 정 의원은 "그러다 보니 한 전 대표가 나와서 이런 당을 이끌어가는 것이 얼마나 힘들까"라며 "저항하는 부분이 있을 수 있다"고 했다. 역시 친한계 핵심인 신지호 전 사무부총장도 이날 기독교방송(CBS) 라디오 인터뷰에서 "저는 개인적으로 이번 전당대회에 출전하는 것은 좀 신중해야 된다는 의견"이라며 "기회가 있을 때마다 매번 출전할 수는 없다. 현실은 그렇다"고 했다. 그는 "친한동훈 그룹 내에서는 신중파가 더 많은 것 같다"고 했다. 그는 "한동훈이라는 존재는 보수 재건의 최강병기인 동시에 최종병기, 마지막 보루"라며 "한동훈이 무너지면 보수 혁신, 보수 재건은 거의 물 건너간다. 그러니까 소중한 만큼 아껴 써야 한다"고 했다. 친한계 인사 중 강력한 출마론자였던 김종혁 전 최고위원도 신중론으로 돌아섰다. 김 전 최고위원은 20일 뉴스핌과의 통화에서 "당의 최대 위기상황에서 한 전 대표가 출마하는 게 맞다는 생각이었지만 최근 원내대표 선거와 당 개혁안 표류 등을 보면서 자괴감이 들었다"고 했다. 그는 "한 전 대표가 대표가 돼도 구 친윤계의 반대로 아무것도 할 수 없는 상황이 될 것"이라며 "출마를 권유하는 게 맞는지 고민스럽다"고 했다. 한 전 대표의 고민이 깊어간다. 한 전 대표는 출마 쪽에 무게를 싣고 조직 확산 작업 등을 해왔으나 측근 그룹의 만류와 쇄신과는 거리가 먼 당 상황을 고려하지 않을 수 없다. 출마냐, 포기냐의 기로에 선 한 전 대표가 어떤 결정을 할지 주목된다. leejc@newspim.com 2025-06-20 07:50