리튬이온 배터리 중에서도 고에너지형 전기차에 주로 사용되는 하이니켈 배터리는 에너지 밀도가 높지만 성능 저하가 빠르다는 한계를 가진다. KAIST 연구진은 이러한 하이니켈 배터리가 빠르게 열화되는 근본 원인을 세계 최초로 규명하고 이를 해결할 새로운 접근법을 제시했다. KAIST는 생명화학공학과 최남순 교수 연구팀이 신소재공학과 서동화 교수 연구팀과 공동으로, 배터리의 안정성과 수명 향상을 위해 사용돼 온 전해질 첨가제 ‘석시노니트릴(CN4)’이 하이니켈 배터리에서는 오히려 성능 저하를 일으키는 핵심 원인임을 확인했다고 3일 밝혔다. 배터리는 양극과 음극 사이를 리튬 이온이 이동하며 전기가 생성된다. 전해질에는 리튬 이동을 돕기 위해 CN4가 소량 포함되는데, 연구팀은 두 개의 니트릴(-CN) 구조를 가진 CN4가 하이니켈 양극 표면의 니켈 이온과 지나치게 강하게 결합한다는 사실을 컴퓨터 계산으로 밝혀냈다. 니트릴 구조는 금속 이온과 결합력이 높은 형태로, 이 강한 결합 때문에 양극 표면에 형성돼야 하는 보호막 역할의 전기이중층(EDL)이 붕괴된다. 이 과정에서 충·방전 중 양극 구조가 뒤틀리는 얀-텔러 왜곡(Jahn-Teller distortion)이 발생
수소 생산 촉매에서는 물방울이 표면에서 얼마나 잘 떨어지는지가 기포 생성과 수소 생산 속도를 좌우한다. 반도체 제조 공정에서도 물이나 액체가 표면에 어떻게 퍼지고 얼마나 빠르게 마르는지, 즉 ‘젖음성’이 공정 품질에 직접적인 영향을 미친다. 하지만 나노 크기에서 물이나 액체가 표면 위에서 어떻게 움직이는지를 직접 관찰하는 것은 기술적으로 거의 불가능해 연구자들은 추측에 의존해 왔다. KAIST는 신소재공학과 홍승범 교수 연구팀이 서울대학교 임종우 교수팀과 함께 원자간력 현미경(AFM)을 이용해 나노 크기의 물방울을 실시간으로 직접 관찰하고, 물방울의 모양을 기반으로 접촉각을 계산할 수 있는 기술을 개발했다고 2일 밝혔다. 이 연구를 통해 나노 물방울의 실제 형태를 눈으로 확인할 수 있게 되면서, 물방울이 표면에 얼마나 잘 붙고 떨어지는지를 정밀하게 분석하는 길이 열렸다. 수소 생산 촉매, 연료전지, 배터리, 반도체 공정 등 액체의 미세한 움직임이 성능을 결정하는 다양한 첨단 기술 분야에 즉각적으로 적용될 수 있을 것으로 기대된다. 최근 젖음성 분석은 나노 스케일에서의 정밀 측정이 중요해지고 있지만, 기존 방식처럼 수 밀리미터 크기의 물방울을 사용하면 친수성·
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