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
한동훈, '최대 격전지' 북구갑 당선 [서울=뉴스핌] 신정인 박서영 기자 = 6·3 국회의원 보궐선거에서 한동훈 무소속 부산 북구갑 후보가 접전 끝에 당선됐다. 중앙선거관리위원회에 따르면 4일 오전 2시 기준, 한 후보는 42.99%의 득표율(3만4920표)을 기록해 당선이 확정됐다. 한동훈 무소속 부산 북구갑 국회의원 보궐선거 후보가 29일 오전 부산광역시 북구 만덕2동행정복지센터에 마련된 사전투표소에서 아내인 진은정 씨와 함께 사전투표를 마치고 나서고 있다. [사진 = 뉴스핌DB] 마지막까지 치열한 경합을 벌인 하정우 더불어민주당 후보는 41.24%(3만3495표)를 얻어 2위에 머물렀다. 두 후보 간의 격차는 1.75%포인트(1425표)에 불과했다. 박민식 국민의힘 후보는 15.76%(1만2802표)의 득표율로 3위에 그쳤다. 한 후보는 이날 북갑 선거사무실에서 "역사적인 승리로 북구의 미래와 보수 재건의 길을 열어주신 북구의 위대한 시민들께 진심으로 감사드린다"며 "제게 맡겨주신 임무를 북구 시민과 부산 시민, 대한민국 국민을 먼저 생각하면서 반드시 완수해내겠다"고 소감을 밝혔다. 이어 "북구를 발전시키고 보수를 재건하며, 이재명 정권의 폭주를 제어해 대한민국의 균형추를 맞추겠다"면서 "민심이 대단히 두렵고 위대하다는 것을 다시 한번 실감했다. 오직 민심만 보고 가는 정치인이 되겠다"고 말했다.  석패한 하 후보는 '북구 발전의 열망, 잊지 않고 더 낮은 자세로 정진하겠습니다'라는 낙선 인사를 통해 "이번 보궐선거 결과를 겸허히 받아들이며, 저를 믿고 지지해주신 모든 분의 성원에 깊은 감사를 드린다. 승리하신 한동훈 후보께도 축하의 말씀을 전한다"고 말했다. 하 후보는 "결과로 보답하지 못해 송구하고, 지난 한 달간 확인한 주민분들의 북구 발전에 대한 뜨거운 열망을 가슴 깊이 새기며 앞으로도 낮은 자세로 북구를 지키겠다"고 했다. 이번 보궐선거는 거대 양당 후보 사이에서 무소속으로 출마한 한 후보가 막판 스퍼트로 역전에 성공하며 부산 지역 정치 지형에 새로운 파장을 몰고 올 것으로 전망된다. allpass@newspim.com 2026-06-04 02:20
사진
'대구 달성' 이진숙 당선 확실 [서울=뉴스핌] 신정인 기자 = 6·3 국회의원 보궐선거 대구 달성군에서 이진숙 국민의힘 후보의 당선이 확실한 것으로 전망됐다. 1961년생으로 올해 64세인 이 후보는 경북대학교 영어교육학과를 졸업하고 서강대학교 언론대학원에서 언론학 석사 학위를 받은 언론인 출신이다. 이 후보는 1987년 MBC 기자로 입사했다. 최초의 여성 종군기자로 이름을 알렸으며, 이후 대전MBC 사장을 역임하는 등 언론계에서 굵직한 커리어를 쌓아왔다. 이 후보는 윤석열 정부에서 방송통신위원회 위원장으로 발탁되며 정권의 핵심 인사로 주목받았다. 방통위원장 재임 시절 공영방송 개혁 등을 추진하며 보수 진영의 강력한 지지를 받았다. 이번 6·3 국회의원 보궐선거를 앞두고 '보수의 심장'이자 박근혜 전 대통령의 정치적 고향인 대구 달성군에 국민의힘 후보로 전략 공천돼 출마했다. 이 후보는 선거 운동 기간 내내 높은 인지도를 바탕으로 대구 달성군의 정권 심판론을 차단하고 지역 표심을 빠르게 흡수해 왔다. 당선이 확실시됨에 따라 이 후보는 언론계와 행정부를 거쳐 국회의원으로서 여의도 정계에 교두보를 마련하게 됐다. allpass@newspim.com 2026-06-04 00:20
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