최근 배터리 연구 분야에서 실리콘 소재의 반복 충·방전 시 부피 변화 문제를 해결할 기술이 개발되어 큰 주목을 받고 있습니다. 충전과 방전 과정에서 실리콘이 반복적으로 팽창하고 수축하면서 성능이 저하되는 현상은 차세대 배터리의 상용화를 가로막는 핵심 과제였는데, 이번에 개발된 신기술은 이러한 문제를 극복하는 데 중요한 돌파구가 될 것으로 기대됩니다.
포스텍 김원배 화학공학과·배터리공학과 교수팀은 탄소나노섬유(CNF)를 기반으로 하는 다기능 소재를 새롭게 설계하였으며, 이는 실리콘 배터리의 구조를 보호하는 역할뿐만 아니라 부피 변화에 따른 성능 저하를 방지하는 역할도 수행합니다. 연구팀은 CNF 표면에 특수한 화학작용기인 설폰산기(-SO3H)를 부착하여, 전도성과 표면 반응을 조절하면서 실리콘 표면을 안정화하는 방식을 적용하였습니다.
이 기술의 핵심은 설폰산기가 실리콘 표면에 강하게 결합하는 동시에 극성을 띠는 성질이 전해질과의 반응을 촉진하여 보호막 형성을 돕는 데 있습니다. 이렇게 형성된 보호막은 실리콘이 부풀거나 줄어들 때마다 깨지는 대신, 강한 결합력과 안정성을 유지하며 이온의 원활한 이동을 가능하게 합니다. 그 결과, 해당 배터리는 300회 충·방전 후에도 초기 용량의 94.2%를 유지하는 뛰어난 성능을 보여줍니다.
특히, 이 신소재를 적용한 배터리는 고용량 조건에서도 기존 실리콘 배터리보다 두 배 이상 높은 용량을 기록하며, 뛰어난 안정성을 확인할 수 있었습니다. 이는 실리콘이 갖는 무게당 저장 용량의 강점은 유지하면서도 내구성을 크게 향상시킨 매우 의미 있는 성과입니다. 김원배 교수는 “보조 재료로만 여겨지던 도전재를 배터리 표면 반응까지 능동적으로 조절하는 소재로 확장하였다”며 “이 기술이 고성능 실리콘 배터리 개발에 새로운 방향을 제시할 것”이라고 밝혔습니다.
이번 연구는 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’에 지난 5월 18일 게재되었으며, 앞으로 실리콘 배터리의 내구성 문제 해결 및 고용량 배터리 개발에 중요한 기초 자료가 될 것으로 기대됩니다. 배터리 시장에서는 전기차 및 모바일 기기 등 다양한 분야에서 실리콘 배터리의 채택이 기대되고 있는데, 이번 기술은 이러한 기대에 부응하는 핵심 기술로 자리매김할 수 있습니다.
이와 같은 신소재 개발은 배터리 산업의 경쟁력을 높이고, 전기차 시장에서 배터리 수명과 용량 문제를 해결하는 데 기여할 것으로 보입니다. 그러나 실험실 단계에서의 성과가 실제 산업 현장에 확산되기 위해서는 생산 공정의 상용화와 비용 문제 해결 등 넘어야 할 과제도 존재합니다. 이번 연구가 실리콘 배터리의 상용화와 성능 향상에 어떤 영향을 미칠지, 향후 관련 기업들의 기술 개발 동향에 귀추가 주목됩니다.
⚠️ 투자 유의사항
본 사이트에서 제공하는 주식, 금융, 경제 관련 정보는 단순히 참고 자료로서 제공되는 것이며, 특정 종목에 대한 투자 권유나 매매 추천이 아닙니다. 투자 결정은 전적으로 이용자 본인의 판단과 책임 하에 이루어져야 하며, 투자에 따른 모든 손익은 투자자 본인에게 귀속됩니다.
