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[IT뉴스]KAIST, 고밀도 탄소섬유 복합 ‘구조 배터리’ 개발

온카뱅크관리자

2024-11-19 11:18:01

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div>  <strong class="summary_view" data-translation="true">김성수 교수팀, 작동률 획기적 증대<br>“에너지 저장·하중 지지 동시 가능”</strong> 
        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="QgIJ5aVZ0F">
          <figure class="figure_frm origin_fig" dmcf-pid="xaCi1Nf50t" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="KAIST 연구진인 배상윤(왼쪽부터) KAIST 기계공학과 박사과정생, 김성수 교수, 임수현 박사과정생. [KAIST 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202411/19/ned/20241119111802201uvqv.jpg" data-org-width="1200" dmcf-mid="6l5wKCnbF0" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202411/19/ned/20241119111802201uvqv.jpg" width="658"></p>
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            KAIST 연구진인 배상윤(왼쪽부터) KAIST 기계공학과 박사과정생, 김성수 교수, 임수현 박사과정생. [KAIST 제공]
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          <figure class="figure_frm origin_fig" dmcf-pid="y9Jzw2XD31" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="이번 연구성과가 게재된 국제학술지 ‘ACS 어플라이드 머티리얼스 앤드 인터페이스’ 표지 [KAIST 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202411/19/ned/20241119111802465rmlg.jpg" data-org-width="900" dmcf-mid="PowxYiBWU3" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202411/19/ned/20241119111802465rmlg.jpg" width="658"></p>
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            이번 연구성과가 게재된 국제학술지 ‘ACS 어플라이드 머티리얼스 앤드 인터페이스’ 표지 [KAIST 제공]
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          <p dmcf-pid="W2iqrVZw35" dmcf-ptype="general">국내 연구진이 높은 에너지 밀도를 통한 에너지 저장과 하중 지지라는 두 가지 기능을 동시에 구현한 신개념 배터리 개발에 성공했다.</p>
          <p dmcf-pid="YTpC8yj4pZ" dmcf-ptype="general">KAIST는 김성수 기계공학과 교수 연구팀이 하중 지지가 가능하고 화재 위험이 없고 얇고 균일한 고밀도 다기능 탄소섬유 복합재료 구조 배터리를 개발했다고 19일 밝혔다.</p>
          <p dmcf-pid="GyUh6WA80X" dmcf-ptype="general">초기의 구조 배터리는 상용 리튬이온전지를 적층형 복합재료에 삽입한 형태로, 기계적·전기화학적 성능 통합 정도가 낮으므로, 이는 소재 가공, 조립·설계 최적화에 어려움이 있어 상용화되기 어려운 상황이었다.</p>
          <p dmcf-pid="HWulPYc6pH" dmcf-ptype="general">이러한 문제를 해결하기 위해 연구팀은 ‘에너지 저장이 가능한 복합재료’의 관점에서 기존 복합재료 설계에서 중요한 계면과 경화 특성을 중심으로 구조전지의 다기능성을 최대화할 수 있는 고밀도 다기능 탄소섬유 복합재료 구조 배터리를 개발하기 위한 체계적인 방식을 연구했다.</p>
          <p dmcf-pid="XGzvxHEQUG" dmcf-ptype="general">연구팀은 이번 연구를 통해 기계적 물성이 높은 에폭시 수지와 이온성 액체 기반 고체 폴리머 전해질이 단단해지는 경화 메커니즘을 분석하고 이를 통해 적절한 온도와 압력 조건을 제어하여 경화 공정을 최적화했다.</p>
          <p dmcf-pid="ZHqTMXDx0Y" dmcf-ptype="general">또 개발된 구조 배터리는 진공 분위기에서 복합재료를 압축 성형하여 구조배터리 내에서 전극과 집전체 역할을 담당하는 탄소섬유의 부피 비율을 기존 탄소섬유를 활용한 배터리 대비 약 160% 이상 향상시켰다.</p>
          <p dmcf-pid="5XByRZwM0W" dmcf-ptype="general">이를 통해 전극과 전해질과의 접촉면이 획기적으로 증가함으로써 전기화학적 성능을 개선된 고밀도 구조 배터리를 제작할 수 있었다. 뿐만 아니라 경화 공정 중 구조배터리 내부에 발생할 수 있는 기포를 효과적으로 제어하여 구조 배터리의 기계적 물성을 동시에 향상시킬 수 있었다.</p>
          <p dmcf-pid="1t2HiFOJ7y" dmcf-ptype="general">김 교수는 “고강성 초박형 구조 배터리의 핵심 소재인 고체 폴리머 전해질을 소재 및 구조적 관점에서 설계하는 프레임워크를 제시했다”며 “이러한 소재 기반의 구조배터리를 자동차, 드론, 항공기, 로봇 등의 구조체 내부에 삽입해 한 번 충전으로 작동시간을 획기적으로 늘릴 수 있는 차세대 다기능 에너지 저장 애플리케이션 개발에 일조하는 기반 기술이 될 것”이라고 말했다.</p>
          <p dmcf-pid="tFVXn3Ii7T" dmcf-ptype="general">이번 연구 성과는 국제 학술지 ‘ACS 어플라이드 머티리얼스 앤드 인터페이스’ 지난 9월 10일자 표지 논문으로 선정돼 게재됐다.</p>
          <p dmcf-pid="F3fZL0Cnpv" dmcf-ptype="general">구본혁 기자</p>
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