2026-01-27 온라인뉴스팀

KIST 박정진 박사팀, 하이니켈 배터리 수명 저하 난제 해결… 전기차 주행거리 획기적 연장 및 제조 공정 단순화로 상용화 ‘청신호’

[익스퍼트인사이트 온라인뉴스팀] 전기차 시장의 최대 화두인 ‘더 멀리, 더 오래 가는 배터리’를 구현하기 위한 혁신적인 기술이 국내 연구진에 의해 개발되었습니다. 한국과학기술연구원(KIST) 에너지저장연구센터 연구팀은 하이니켈 배터리의 치명적인 약점이었던 내부 구조 붕괴를 원천적으로 억제할 수 있는 새로운 양극 소재 기술을 확보했다고 2026년 1월 27일 공식 발표했습니다. 이번 연구는 차세대 전기차의 주행거리를 획기적으로 늘리는 것은 물론, 배터리 생산 원가까지 낮출 수 있는 게임 체인저가 될 것으로 기대를 모으고 있습니다.

하이니켈 배터리는 양극재 내 니켈 함량을 90% 이상으로 높인 고성능 리튬이온 배터리를 말합니다. 니켈 함량이 높을수록 에너지 밀도가 커져 한 번 충전으로 더 먼 거리를 주행할 수 있다는 장점이 있지만, 치명적인 단점도 존재합니다. 충전과 방전이 반복되는 과정에서 리튬 이온이 빠져나가고 들어올 때 양극재의 원자 배열 구조가 가늘게 팽창했다 수축하며 결국 구조가 무너지는 ‘열화 현상’이 발생하기 때문입니다. 이로 인해 배터리 수명이 급격히 짧아지는 것이 그동안 상용화의 가장 큰 걸림돌이었습니다. KIST 박정진 선임연구원 연구팀은 이러한 구조적 붕괴를 막기 위해 자연의 건축 원리에서 힌트를 얻은 ‘원자 기둥(Atomic Pillars)’ 형성 기술을 개발했습니다. 연구팀은 배터리의 초기 구동 단계에서 특정한 전기화학적 과정을 거치도록 설계했습니다. 이 과정에서 양극재 내부의 일부 원자들이 스스로 자리를 옮겨 층과 층 사이를 튼튼하게 지지하는 기둥 형태의 구조를 형성하게 됩니다. 마치 건물을 지을 때 하중을 견디기 위해 기둥을 세우는 것과 같은 원리입니다.

이 원자 기둥은 리튬 이온이 드나들 때 격자 구조가 과도하게 수축하거나 팽창하는 것을 물리적으로 억제합니다. 연구 결과, 이 기술이 적용된 하이니켈 양극재는 100회 이상의 극한 충·방전 테스트 후에도 초기 용량의 95% 이상을 유지하는 압도적인 안정성을 보여주었습니다. 기존 방식이 별도의 코팅재나 첨가제를 사용해 수명을 연장하려 했던 것과 달리, 이번 기술은 소재 자체가 스스로 구조를 보강하도록 만든다는 점에서 혁신적입니다.

산업적인 파급 효과 또한 막대합니다. 이번 기술은 추가적인 고가의 첨가제나 복잡한 공정 없이도 배터리의 안정성을 확보할 수 있습니다. 이는 배터리 제조 공정을 단순화하여 생산 원가를 절감하는 데 크게 기여할 수 있음을 의미합니다. 또한, 안정성 문제로 니켈 함량을 높이는 데 주저했던 배터리 제조사들에게 새로운 기술적 돌파구를 제공함으로써, ‘꿈의 주행거리’라 불리는 800km 이상의 전기차 대중화를 앞당길 것으로 보입니다.

익스퍼트인사이트가 취재한 기술 전문가들은 이번 KIST의 연구 성과가 국제 저명 학술지인 ‘네이처 에너지(Nature Energy)’에 게재될 만큼 학술적 가치와 실용성을 동시에 인정받았다고 평가합니다. 연구를 주도한 박정진 박사는 “이번에 개발한 원자 기둥 형성 기술은 하이니켈뿐만 아니라 다양한 차세대 양극 소재의 고질적인 구조 불안정 문제를 해결할 수 있는 범용적인 원천 기술”이라며 “국내 배터리 산업의 초격차 경쟁력을 유지하는 데 핵심적인 역할을 할 것”이라고 밝혔습니다.

현재 대한민국은 전 세계 배터리 시장에서 거센 추격을 받고 있습니다. 특히 가격 경쟁력을 앞세운 중국의 LFP(리튬인산철) 배터리 공세에 맞서기 위해서는 주행거리와 성능에서 압도적인 우위를 점하는 하이니켈 기술의 완성이 필수적입니다. 이번 KIST의 연구 성과는 한국의 ‘K-배터리’가 단순히 용량만 큰 배터리가 아니라, 가장 안전하고 오래 쓰는 최고의 기술력을 보유하고 있음을 전 세계에 다시 한번 증명한 사례입니다.