인더뉴스 제해영 기자ㅣ국립부경대학교 고민성(금속공학전공)·채수종(에너지화학소재전공) 교수 연구팀이 고에너지 밀도 이차전지의 핵심 소재인 NCA(Ni₀.₈₀Co₀.₁₅Al₀.₀₅) 양극재의 성능 저하 문제를 해결할 수 있는 기술을 개발했다고 28일 밝혔습니다.

연구팀은 NCA 전구체 내 음이온 불순물인 황산이온(SO₄²⁻)을 제거할 수 있는 이온 교환 기반의 개질 기술을 개발해 기존 제조법의 구조적 한계를 극복했습니다. 이 연구 결과는 재료 및 에너지 분야의 세계적 학술지인 Journal of Materials Chemistry A 2025년 13권 23호에 게재됐습니다.

기존 황산염 공침법으로 합성된 NCA 전구체는 층상 이중 수산화물 구조 내에 황산이온이 잔류해 후속 열처리 시 리튬과 반응, Li₂SO₄를 형성함으로써 결정성 저하 및 성능 열화를 유발해 왔습니다.

연구팀은 염화 이온(Cl⁻)을 활용한 이온 교환 전략을 통해 황산이온을 선택적으로 제거함으로써 전구체의 결정성을 향상시키고 부반응 가능성도 억제하는 데 성공했습니다. 해당 기술은 공정 단순성과 산업적 적용 가능성에서도 높은 평가를 받고 있습니다.

해당 방식으로 개질된 NCA 양극재는 196.5 mAh/g의 용량을 나타냈으며, 초기 쿨롱 효율은 91.4%로 향상됐습니다. 150회 충·방전 후 용량 유지율은 약 12%, 고속 방전 조건에서의 성능은 약 11% 향상돼 장기 수명과 출력 특성이 모두 개선됐습니다.

고민성 교수는 “이 기술은 특정 조성에 국한되지 않고 다양한 이차전지 양극재 시스템에 응용 가능성이 있다”며 “기존 NCA 소재의 구조적 한계를 극복함으로써 추가 개질을 통한 성능 향상도 기대된다”고 말했습니다.

이번 연구는 한국연구재단 중점연구소지원사업과 한국에너지기술평가원의 에너지인력양성사업의 지원을 받아 수행됐습니다.