전기차 시대를 맞아 많은 이들이 배터리 수명과 주행거리에 대해 고민하고 있습니다. 기존 리튬 이온 배터리의 한계를 넘어서기 위해 주목받는 것이 바로 하이니켈 배터리입니다. 이는 양극재 내 니켈 함량을 높여 에너지 밀도를 극대화하고 가격 경쟁력을 확보한 차세대 이차전지입니다. 하지만 하이니켈 양극재는 합성 과정에서 미세 기공이 발생해 배터리 수명이 단축되는 치명적인 약점을 가지고 있었습니다. 이러한 미세 결함은 환경에 따라 불규칙하게 생성되기에 일반적인 분석 기법으로는 원인을 파악하기가 매우 까다로운 과제였습니다.

한국원자력연구원 연구팀은 이러한 난제를 해결하기 위해 국내 유일의 중성자 연구 시설인 '하나로'를 활용했습니다. 연구팀은 중성자 소각 산란 및 회절 장치를 통해 하이니켈 양극재 합성 중 발생하는 미세 기공의 생성 원리와 환경적 요인을 정밀하게 분석해냈습니다. 중성자는 물질의 원자핵과 직접 반응하여 원자의 위치나 움직임 같은 미세 구조를 파악하는 데 탁월한 능력을 갖추고 있습니다. 이를 통해 연구진은 결함을 최소화할 수 있는 최적의 열처리 조건을 찾아냈으며, 특정 저온 전처리 공정을 통해 배터리 수명을 기존보다 10% 향상시키는 성과를 거두었습니다.

중성자 분석 장치는 박쥐의 음파처럼 특정 물질에 충돌시켜 반사되는 중성자를 측정하여 성질을 분석하는 첨단 장비입니다.

이번 연구 성과는 단순히 배터리 수명을 늘리는 것을 넘어, 산업계와 과학계의 핵심 과제인 배터리 폭발 원인 분석 등에도 중성자 활용 기술이 폭넓게 쓰일 수 있음을 시사합니다. 첨단 원자력 기술이 이차전지라는 현대의 핵심 에너지 산업과 결합하여 실질적인 기술 혁신을 이끌어낸 것입니다. 이러한 융합 연구는 앞으로 전기차의 대중화와 친환경 에너지 사회로의 전환을 가속화하는 중요한 밑거름이 될 것입니다. 원자력 기술이 우리 일상에 밀접한 영향을 미치는 배터리 분야에서 보여줄 새로운 행보와 앞으로의 연구 결과가 더욱 기대되는 이유입니다.