"배터리 화재 사고 막는다…불연성 반고체 전해질 개발"

유니스트 등 울산 3개 기관 공동개발…"불연성 배터리 상용화 가속"

유니스트 에너지화학공학과 송현곤(윗줄 왼쪽 두 번째) 교수, 제 1저자 김믿음(원형 사진) 연구원, 제 1저자 정지홍(아랫줄 오른쪽 첫 번째) 연구원.(유니스트 제공)

(울산=뉴스1) 임수정 기자 = 불에 타지 않는 불연성 반고체 전해질이 개발됐다. 배터리에서 발생할 수 있는 화재를 억제해 전기자동차 배터리 화재 등의 문제를 해결할 것으로 보인다.

17일 유니스트(UNIST)에 따르면 유니스트 에너지화학공학과 송현곤 교수, 한국화학연구원 정밀화학연구센터 정서현 박사, 한국에너지기술연구원 울산차세대전지 연구개발센터 김태희 박사 공동 연구팀이 배터리 내에서 분자 결합이 가능한 '불연성 고분자 반고체 전해질'을 개발했다.

현재까지 불연성 전해질에는 과량의 난연 첨가제를 사용하거나 매우 높은 끓는점을 가진 용매를 사용했다. 이는 전해질의 이온 전도도를 급격하게 감소시키는 등 여러 단점이 존재했다.

연구팀은 전해질에 미량의 고분자를 첨가해 ‘반고체 전해질’을 만들었다. 만들어진 고분자 반고체 전해질은 기존 액체 전해질 대비 33% 높은 리튬 이온 전도도(4.8 mS/cm)를 보였다. 이를 활용한 파우치형 배터리는 SEI(충·방전 과정에서 발생하는 얇은 고체막) 층이 형성돼 구동할 때 발생하는 전해질의 불필요한 반응을 막아 110% 향상된 수명 특성을 보였다.

우수한 전해질 성능과 동시에 불연성을 가지는 이유는 연소과정 중 연료와 라디칼 연쇄 반응을 억제할 수 있기 때문이다. 라디칼은 하나의 전자를 가지는 원자 혹은 분자로 매우 불안정한 특성을 보인다. 연구팀은 라디칼을 안정화할 수 있는 수치를 정량적으로 분석하고 이를 억제함으로써 개발한 고분자의 우수성을 입증했다.

제1 저자 정지홍 유니스트 에너지화학공학과 연구원은 "배터리 내에서 중합된 고분자와 휘발성 용매와의 상호작용을 활용해 라디칼 연쇄 반응을 억제할 수 있었다"며 "기화학적 정량화를 통해 라디칼 억제 수치를 분석함으로써 불연성 전해질의 메커니즘을 밝히는데 큰 도움이 될 것"이라고 말했다.

송현곤 에너지화학공학과 교수는 "분자를 활용한 불연성 반고체 전해질은 기존 배터리 조립 공정에도 바로 적용할 수 있어 추후 불연성 배터리의 상용화를 가속화할 것"이라고 말했다.

이번 연구는 국내 5건, 해외 2건의 특허를 출원했으며 에너지 분야의 권위 학술지인 '에이씨에스 에너지 레터스(ACS Energy Letters)'의 표지 논문으로 선정돼 지난 13일 온라인 게재됐다.

연구 진행은 과학기술정보통신부 한국연구재단, 한국산업기술기획평가원, 한국화학연구원과 삼성SDI의 지원으로 이뤄졌다.

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