경북대학교와 성균관대학교, 경희대학교 공동연구팀이 차세대 고용량 배터리의 성능과 안정성을 높일 수 있는 새로운 설계 원리를 제시했다.경북대 화학교육과 이원태 교수 연구팀은 성균관대 윤원섭 교수, 경희대 박민식 교수 연구팀과 함께 리튬이 풍부한 니켈 기반 양극 소재에서 충전 과정 중 발생하는 산소 반응의 불안정성을 제어하는 구조 설계 원리를 규명했다고 7일 밝혔다.차세대 고용량 배터리는 산소까지 전기화학 반응에 참여시키는 `음이온 산화·환원` 기술을 활용하지만, 충전 과정에서 산소가 기체로 방출돼 구조가 붕괴하고 수명이 짧아지는 문제가 상용화의 걸림돌로 꼽혀왔다.연구팀은 리튬니켈옥사이드(Li₂NiO₂) 양극 소재에 소량의 플루오린(F)을 도입하는 원자 수준 설계 전략을 적용했다. 이 과정에서 형성된 리튬-산소-금속-플루오린(Li-O-M-F) 결합 구조가 산소의 전자 상태를 안정화해 산소 방출을 억제하고 구조 붕괴와 미세 균열을 줄이는 것으로 확인됐다.연구 결과 배터리의 구조적 안정성과 수명이 향상됐으며 기존보다 니켈 이온이 전기화학 반응에 더 크게 기여하는 것으로 나타났다.연구팀은 이번 기술이 1000㎞ 이상 주행 가능한 차세대 전기차를 비롯해 에너지저장장치(ESS), 전고체 배터리, 휴머노이드 로봇 등 피지컬 AI 시스템에 적용될 고에너지 저장 기술 개발에도 활용될 것으로 기대하고 있다.이원태 경북대 교수는 "원자 수준의 미세 구조 제어를 통해 산소 반응과 구조 안정성을 동시에 조절할 수 있음을 규명했다"며 "차세대 고에너지 배터리와 피지컬 AI 시대를 앞당길 핵심 설계 전략이 될 것으로 기대한다"고 말했다.이번 연구 성과는 재료과학 분야 세계적 학술지 `어드밴스드 머티리얼즈` 6월 23일자 표지논문으로 게재됐다.