뉴스 > 교육

금오공대 박철민 교수 연구팀, ‘차세대 고용량 실리콘 음극소재’ 개발

경북문화신문 기자 / gminews@hanmail.net입력 : 2026년 07월 05일
리튬이온전지와 전고체전지에 적용 가능
전기차 및 ESS, 고에너지밀도 배터리 개발 기여
↑↑ 다중 매트릭스 실리콘 구조 개념도(제공 금오공대)
ⓒ 경북문화신문
국립금오공과대학교 박철민 교수(재료공학부 신소재공학전공) 연구팀이 리튬이온전지와 전고체전지에 모두 적용 가능한 ‘차세대 실리콘 기반 음극소재’를 개발했다고 지난 2일 밝혔다.

실리콘은 현재 상용 흑연 음극보다 약 10배 높은 이론용량을 가져 전기자동차와 에너지 저장장치의 주행거리 및 저장용량을 높일 수 있는 대표적인 차세대 음극소재로 주목받고 있다.

그러나 충·방전 과정에서 300% 이상에 이르는 큰 부피 변화가 발생해 입자 파쇄, 전극 균열, 전기적 접촉 손실, 불안정한 계면 형성 등의 문제로 인한 장기 수명과 실제 셀 적용에 한계가 있었다.

특히 고체 전해질을 사용하는 전고체전지는 액체 전해질과 달리 이온전도도가 낮고, 균일하지 않은 접촉면에서는 리튬이온이 확산되지 않아, 고체 간 계면접촉을 안정적으로 유지하는 것이 성능 향상과 실용화를 위한 핵심 과제로 여겨져 왔다.

연구팀은 이러한 문제 해결을 위해 실리콘 나노결정립을 여러 기능성 매트릭스 안에 균일하게 분산·고정하는 ‘다중 매트릭스’ 설계 전략을 제시했다.

먼저 실리콘(Si), 주석(Sn), 코발트(Co)를 기계화학적으로 반응시켜 비정질 주석과 코발트 실리사이드(CoSi2)로 이루어진 복합 매트릭스 내에 나노크기 실리콘 결정립이 균일하게 분산된 복합체를 제조했다. 이후 흑연과 비정질 탄소 코팅층을 추가로 도입해 최종 실리콘 기반 나노복합 음극을 구현했다.

이러한 실리콘 기반 나노복합 음극에서 ‘비정질 주석’은 높은 연성과 전자전도성을 바탕으로 실리콘의 부피 변화 완화와 전자 이동 경로를 제공한다.

‘코발트 실리사이드’는 기계적으로 견고하면서도 탄성 회복이 가능한 골격 역할을 하며 반복적인 충전과 방전에서도 전극 구조를 안정적으로 유지한다. 또한 ‘흑연’은 리튬 저장이 가능한 전도성 완충 지지체로 작용하며, ‘비정질 탄소 코팅층’은 입자 간 전도 네트워크와 계면 안정성을 향상시킨다. 

즉 각각의 구성 요소가 전도성, 탄성, 구조 안정성, 계면 안정성을 분담하면서 상호 보완적으로 작용하도록 설계한 것이 이번 연구의 핵심이다.

그 결과, 개발된 실리콘 기반 나노복합 음극은 액체 전해질을 사용하는 리튬이온전지와 황화물계 전고체전지 모두에서 높은 에너지밀도를 구현했다.

특히 NCM811 양극과 조합한 완전셀에서 ‘리튬이온전지’는 434.4 Wh kg-1의 에너지밀도를 나타냈고, ‘전고체전지’는 300 Wh kg-1이상의 에너지밀도 구현 가능성을 확인했으며, 충·방전 후에도 안정적인 전극 구조와 계면을 유지했다.

↑↑ (좌측부터) 박철민 교수, 이영한 연구원, 김재헌 교수, 하윤철 박사(제공 금오공대)
ⓒ 경북문화신문
박철민 교수는 “이번 연구는 단순히 고용량 실리콘 음극을 구현한 데 그치지 않고, 실리콘 음극의 구조적 붕괴, 낮은 전자전도도, 충·방전 중 전기적 접촉 손실, 계면 불안정성을 동시에 완화할 수 있는 다중 매트릭스 설계 전략을 제시했다는 데 의미가 있다”고 했다.

이어 “액체 전해질 리튬이온전지와 황화물계 전고체전지 모두에 적용 가능한 실리콘 음극 플랫폼으로, 향후 전기자동차 및 에너지저장 장치용 고에너지밀도 배터리 개발에 기여할 것으로 기대된다.”고 밝혔다.

박철민 교수와 국민대 신소재공학부 김재헌 교수, 한국전기연구원 하윤철 박사가 공동 교신저자로 참여했으며, 금오공대 신소재공학과 이영한 연구원이 제1저자로, 한제현, 김덕규, 유정운 박사과정 연구원이 공동저자로 연구를 수행했다.

이번 연구 결과는 재료·에너지 분야 상위 1% 이내 국제학술지인 ‘Nano-Micro Letters(Impact Factor 38.5, 2025 JCR 기준)’에 2026년 6월 22일 온라인 게재됐다.


경북문화신문 기자 / gminews@hanmail.net입력 : 2026년 07월 05일
- Copyrights ⓒ경북문화신문. 무단 전재 및 재배포 금지 -
트위터페이스북밴드카카오스토리네이버블로그
이름 비밀번호
자동등록방지
개인정보 유출, 권리침해, 욕설 및 특정지역 정치적 견해를 비하하는 내용을 게시할 경우 이용약관 및 관련 법률에 의해 제재를 받을 수 있습니다.
가장 많이 본 뉴스
구자근 의원, 구미 AI 팩토리 3개 과제 선정…국비 220억원 확보..
구미참여연대, 구미시 공무원 업무추진비 공개 사이트 ‘맛있구미’ 개설..
구미시의회, `박정희 대통령 생가 재단 설립 조례안` 원안 가결..
한나절 산책(29)]천생산성 둘레길을 걷다..
김천김밥축제, 올해는 의전·개막식·바가지·줄서기 없앴다!..
경북 중등교사 임용 원서접수 마감… 공립 6.57대 1·사립 6.58대 1..
구미대 천무, 아시아 치어리딩 선수권대회 은메달 획득..
상주시, 주민참여예산위...시민제안 85건 검토..
세계인의 라면 대결, 구미서 펼쳐진다..
구미 발전 위한 `원팀` 가동...구미시·의회 정책간담회 개최..
최신댓글
감사합니다. 수정했습니다.
기사내용의 접수 일정 오타있습니다
미술에 문외한이지만, 선생님의 그림에서 여름의 역동성이 느껴집니다.
아는 만큼 보인다고 몰랐던 것 배우게 되네요. 멋진 조상의 유산 배우고 갑니다.^^
라면 먹으러 축제에 가야겠군요. 타지 방문객 통계도 한 명 더 올리고. ^^
벚꽃처럼 화려하지 않아도, 장미처럼 유명하지 않아도, 낮은 곳에서 저마다 작은 결실 피워내는 식물들의 위대함을 느낍니다. 냉이꽃처럼...
선산봉황시장의 2층은 현재 어떻게 되었을까요? 좋은 결과를 지속적으로 내고 있을까요? 궁금합니다.
음악으로 보자면 어설픈 공연자 2백만원씩 5명 보다는 유명한 1명이 공연의 질을 더 높일 수 있죠. 그런데 스티븐 해링턴? 누가 아시나요? 그냥 행사 추진자가 좋아하는 사람 아닌가? 지역 예술가들을 우대하되 기준을 객관화해서 정치인이나 지방권력자 친분으로만 하지 말고요.
지역의 예술가들이 함께하고 성장할 수 있는 정책 집행이 아쉽군요. 음악이건 미술이건... 너무 외국 유명인에게 기대는 것은 좀... ㅠ.
건강하셔서 좋은 글 많이 주시기 바랍니다.
오피니언
<바람처럼 스쳐가는 가을>가을은 사라졌을까그저.. 
순망치한(脣亡齒寒): 입술 순(脣), 망할 망.. 
구미 시민들이 400여 미터의 산성 둘레길을 .. 
'오늘은 어딜 향해 볼까?' 일과를 마친 광.. 
여론의 광장
경북도, ‘촬영은 경북에서!’...로케이션 명소 홍보..  
김정미 구미시의원, 선기동 도축장 이전 계획 수립 촉구..  
구미시, 노동시장 20~30대 부족, 외지 통근은 늘어..  
sns 뉴스
제호 : 경북문화신문 / 주소: 경북 구미시 지산1길 54(지산동 594-2) 2층 / 대표전화 : 054-456-0018 / 팩스 : 054-456-9550
등록번호 : 경북,다01325 / 등록일 : 2006년 6월 30일 / 발행·편집인 : 안정분 / 청소년보호책임자 : 안정분 / mail : gminews@daum.net
경북문화신문 모든 콘텐츠(기사, 사진, 영상)는 저작권법의 보호를 받으며 무단 전재와 복사, 배포 등을 금합니다.
Copyright ⓒ 경북문화신문 All Rights Reserved. 본지는 신문 윤리강령 및 그 실천요강을 준수합니다.