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한국원자력연구원은 차세대 무음극 배터리의 성능을 높일 수 있는 맥신(타이타늄과 탄소로 이뤄진 2차원 나노 물질) 복합체를 개발했다고 27일 밝혔다.

기존 배터리에서 음극을 제거한 무음극 배터리는 무게는 줄이면서도 에너지 밀도를 높일 수 있어 전기차(EV), 에너지저장장치(ESS) 등에 활용할 수 있는 차세대 배터리로 주목받고 있다.

다만 배터리 내부에 이온이 고르게 이동하지 않아 리튬이온이 고르게 자라지 못하고 나뭇가지 모양으로 성장하는 덴드라이트(dendrite·수지상돌기) 현상이 발생하는 문제가 있다. 이는 배터리의 수명과 안정성을 떨어뜨리게 된다.

연구팀은 금속처럼 전기를 잘 전달하면서도 유연한 맥신을 이용해 무음극 배터리의 성능을 높일 수 있는 복합체를 개발했다.

맥신을 여러 층으로 쌓고 그사이에 전기전도성이 높은 초미세 은 입자를 삽입, 미세한 통로를 만들었다. 이 맥신 복합체를 이온이 저장되는 금속판 위에 도포하면 이동 통로의 넓이를 10배 이상 넓혀 이온이 배터리 내부에 골고루 흘러 들어갈 수 있다고 연구팀은 설명했다.

진공여과 방식(빨대를 이용해 음료를 빨아들이는 것처럼 내부 압력을 낮춰 외부 공기압이 음료를 밀어 올리는 원리)을 이용해 서로 밀어내는 맥신과 초미세 은 입자를 결합하는 데 성공했다. 또 연구원이 보유한 중성자 소각산란 장치를 이용해 이온 흐름이 원활한 모습을 확인하는 등 성능 검증도 마쳤다. 중성자 소각산란 장치는 냉중성자원(극저온화한 중성자)을 쪼여 튕겨 나온 중성자를 이용해 미세물질의 구조, 공극, 입자결함 등을 정밀하게 분석할 수 있는 장치이다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '물리화학레터'(Journal of Physical chemistry Letters) 지난 13일 자 온라인판 표지논문으로 실렸다.