국내 연구진이 배터리 용량을 최대 30% 더 오래 유지하는 첨가제를 개발했다.
울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 최남순·곽상규 교수, 화학과 홍성유 교수 연구팀은 대용량 LiB(리튬이온전지) 개발의 난제로 지적된 전극 소재의 불안정성을 해결할 수 있는 배터리 전해액 첨가제를 개발했다고 밝혔다.
최근 전기자동차(EV)를 비롯해 대용량 배터리 수요가 증가하며 상용 LiB의 전극을 고용량 소재인 실리콘(Silicone)과 하이니켈로 대체하려는 연구가 진행되고 있다.
그러나 실리콘 음극은 충·방전 시 부피가 3배 이상 늘었다 줄어드는 것이 반복돼 기계적 내구성이 약하고 하이니켈 양극은 화학적으로 불안정해 충·방전을 반복하면 배터리 용량이 급격히 줄어드는 문제가 있다.
연구팀이 개발한 첨가제는 실리콘 혼합 음극 표면에 유연하고 리튬 이온 투과성이 뛰어난 보호막을 만들어 반복적인 부피 변화에 의한 기계적 과부하를 줄이고 고속 충전을 가능하게 한 것으로 알려졌다.
또 전해액 속 불산을 제거해 하이니켈 양극 내부 금속이 밖으로 유출되는 것을 막으며 양극 내부 금속의 양이 배터리 용량을 결정하도록 했다.
첨가제를 하이니켈 양극과 실리콘 혼합 음극으로 구성된 대용량 배터리에 투입했을 때 400회 충·방전 후에도 처음 용량의 81.5%를 유지해 상용 첨가제보다 10-30% 향상된 성능을 나타낸 것으로 파악되고 있다.
최남순 교수는 “기존 첨가제의 단점을 보완할 수 있는 물질 구조를 실제로 만들기 위한 협업의 결과”라며 “대용량 LiB용 전해액 첨가제 개발의 새로운 방향을 제시했다”고 강조했다.
연구 결과는 국제 학술지인 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)에 2월5일자로 출판됐고 편집자가 선정한 영향력 있는 논문으로도 소개됐다.
연구 수행은 한국에너지기술평가원의 에너지 기술개발사업과 한국연구재단의 기후변화대응 기술개발사업의 지원으로 이루어졌다. (강윤화 선임기자)