광주파수빗과 테라헤르츠파를 결합한 배터리 전극 두께 나노미터 비파괴 측정 기술을 묘사한 인공지능(AI) 생성 그림. KAIST 제공 머리카락 굵기 1만분의 1 수준으로 미세한 배터리 전극의 두께 차이를 접촉 없이도 정밀 측정하는 검사 기술이 개발됐다. 배터리 생산 공정에서 눈에 보이지 않는 불량을 미리 찾아 차세대 배터리 안전성과 품질을 높이는 데 기여할 것으로 기대된다. KAIST는 김영진 기계공학과 교수팀이 1초에 1조번 이상 진동하는 전자기파인 테라헤르츠(THz)파로 배터리 전극 내부 정보를 파악하고 정밀하게 읽어내는 기술을 결합한 초정밀 검사 기술을 개발했다고 23일 밝혔다. 연구결과는 6월 10일(현지시간) 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 공개됐다. 리튬이온 배터리 전극은 전기가 흐르는 핵심 부품으로 미세한 두께 차이도 충방전 과정에서 과열 원인으로 작용한다. 국부적으로 전류와 열이 집중되면 연쇄반응인 열폭주 현상이 일어나 배터리 화재와 폭발로 이어질 수 있기 때문에 전극 두께를 균일하게 제조하는 것이 매우 중요하다. 바다이야기 pc버전 X선을 활용한 컴퓨터단층촬영(CT) 검사는 전극 두께를 자세히 측정할 수 있지만 검사 시간이 길어 실제 제조 현장에는 적용하기 어렵다는 한계가 있다. 초음파 기반 음향 현미경은 시료에 액체를 접촉시켜야 하고 레이저 센서는 측정 속도가 빠르지만 전극 내부까지 정밀하게 분석하지 못한다. 광주파수빗과 테라헤르츠파를 결합한 배터리 전극 두께 나노미터 비파괴 측정 기술 개념도. KAIST 제공 연구팀은 테라헤르츠파에 주목했다. 테라헤르츠파는 파장이 길어 표면의 거칠기나 산란에 덜 민감하고 투과성이 높아 불투명·다공성 물질 내부까지 깊이 침투할 수 있다. 테라헤르츠파를 배터리 전극에 쏘면 전극 앞면과 뒷면 사이를 여러 번 반사해 왕복하며 일정한 간격의 '파브리-페로' 간섭 무늬를 만든다. 레이저 빛의 주파수를 자의 눈금처럼 일정하게 나눠 기준으로 활용하는 '광주파수빗'을 잣대로 적용하면 전극의 두께를 정밀 측정할 수 있다. 연구팀은 새로운 접근 방식으로 별도의 보정 없이도 전극 두께와 광학적 특성까지 한번에 측정하는 데 성공했다. 블랙홀3D 릴게임 사람 머리카락 한 올과 비슷한 50~150마이크로미터(㎛, 1㎛는 100만분의 1m) 두께의 배터리 전극을 대상으로 기술을 검증한 결과 0.2초 측정만으로 음극에서 70.1나노미터(㎚, 1㎚는 10억분의 1m), 양극에서 465.5㎚까지 전극 두께 차이를 파악했다. 빠르게 움직이는 배터리 생산 라인에도 적용할 수 있는 스펙이다. 전극 전체 두께를 3차원으로 확인할 수 있어 생산 과정에서 발생하는 두께 변화를 실시간으로 추적할 수 있다. 전극이 약 45도 기울어진 상태에서도 정확하게 측정할 수 있다. 배터리를 분해하거나 손상시키지 않고도 생산 과정에서 빠르고 정밀하게 불량을 찾아낼 수 있는 검사 기술을 제시했다는 평가다. 김 교수는 "전극의 두께와 소재 특성을 별도의 보정 없이 동시에 측정할 수 있는 통합형 계측 플랫폼"이라며 "차세대 리튬이온 배터리뿐 아니라 전고체 배터리 생산 라인의 실시간 품질관리 핵심 기술로 활용될 것"이라고 기대했다. <참고 자료> - doi.org/10.1038/s43-8 왼쪽부터 전진우 KAIST 석박통합과정생, 이영근 연구원, 강구선 연구원, 김영진 교수, 김재윤 박사과정생, 양동욱 연구원. KAIST 제공 style="tex