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title: "포스텍이 실리콘 배터리 수명 늘리는 도전재 냈다"
author: "VibeTimes"
published: "2026-09-08T06:41:52.680Z"
section: "technology"
tags: ["김원배", "강송규", "김현주", "포항"]
language: "ja"
url: "https://vibetimes.co.kr/ja/news/cmtsad4131ri0o2iloyttmw17"
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# 포스텍이 실리콘 배터리 수명 늘리는 도전재 냈다

실리콘 배터리의 수명을 늘리는 소재가 나왔다. 포항공과대학교(포스텍) 화학공학과·배터리공학과 김원배 교수 연구팀은 실리콘 배터리의 수명과 안정성을 높이는 기능성 도전재를 개발했다고 8일 밝혔다. 이는 차세대 음극 소재인 실리콘의 부피 팽창 문제를 해결한 결과다.

포항공과대학교(포스텍) 연구진은 배터리 안에서 전자가 잘 이동하도록 돕는 '도전재'에 실리콘 표면에서 벌어져 성능을 떨어뜨리는 화학 반응(계면 반응)을 잡아주는 기능을 더했다.

김원배(화학공학과·배터리공학과) 교수와 강송규(화학공학과) 박사, 김현주(배터리공학과) 석사로 구성된 연구팀이 개발한 기능성 도전재는 머리카락보다 가는 탄소 섬유인 탄소나노섬유(CNF)에 설폰산기(-SO₃H)를 붙인 것이다.

실리콘은 흑연보다 이론적으로 높은 에너지 저장 능력을 갖춰 차세대 이차전지 음극 소재로 연구되고 있다. 그러나 충·방전 때마다 부피가 크게 변해 장기 성능 확보가 쉽지 않다. 반복되는 팽창과 수축으로 입자에 균열이 생기면 전기 연결이 약해지고 전해질과 리튬이 소모되면서 배터리 용량과 수명이 줄어든다. 연구팀은 도전재의 역할 자체를 확장하는 방식으로 접근했다. 탄소나노섬유에 설폰산기를 결합해 실리콘 입자와의 상호작용을 강화하고 전극 표면의 계면 반응까지 조절하도록 설계했다. 설폰산기는 실리콘 표면과 강하게 결합해 충·방전 중에도 탄소나노섬유와 실리콘 사이의 전기 연결이 끊기지 않게 돕고, 높은 극성으로 전해질 첨가제인 FEC를 실리콘 주변으로 끌어들여 불화리튬(LiF)이 풍부한 안정적인 고체 전해질 계면막(SEI)이 형성되도록 했다.

이 도전재를 적용한 실리콘 배터리는 300회 충·방전 이후에도 초기 용량의 94.2%를 유지했다. 전극에 상용 배터리 수준에 가까운 높은 함량의 활물질을 적용한 조건에서도 결과는 크게 달라지지 않았다. 연구팀은 면적당 10.2 mAh cm⁻²의 용량을 구현해 기존 실리콘 배터리의 5 mAh cm⁻² 수준을 크게 웃돌았다. 포스텍 김원배 교수는 "기존에 전도성 확보를 위한 보조 소재로 활용돼온 도전재에 계면 반응을 조절하는 기능을 추가했다는 점에 의미가 있다"고 설명했다. 연구 결과는 국제 학술지 'Advanced Functional Materials' 표지 논문으로 게재됐다. 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 선도연구센터(ERC) 사업, 중견연구사업, 산업통상자원부 배터리 특성화대학원 사업의 지원을 받아 수행됐다.