전기차 배터리 화재 해결? … 불연성 반고체 전해질 개발

불에 타지 않는 불연성 반고체 전해질이 개발돼 지하 주차장을 위협하는 전기 자동차의 배터리 화재 문제가 해결될 전망이다.

UNIST 에너지화학공학과 송현곤 교수, 한국화학연구원 정밀화학연구센터 정서현 박사, 한국에너지기술연구원 울산차세대전지 연구개발센터 김태희 박사 공동 연구팀은 배터리 내에서 분자 결합이 가능한 ‘불연성 고분자 반고체 전해질’을 개발했다.

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

연구팀은 전해질에 미량의 고분자(2wt.%)를 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 층이 형성돼 구동할 때 발생하는 전해질의 불필요한 반응을 막아 110% 향상된 수명 특성을 보였다. 또 연소과정 중 연료와 라디칼 연쇄 반응을 억제할 수 있어 불연성의 특성도 가지고 있다.

불연성 젤 전해질의 작동 원리.

제1 저자 정지홍 UNIST 에너지화학공학과 연구원은 “배터리 내에서 중합된 고분자와 휘발성 용매와의 상호작용을 활용해 라디칼 연쇄 반응을 억제할 수 있었다”며 “전기화학적 정량화로 라디칼 억제 수치를 분석해 불연성 전해질의 메커니즘을 밝히는 데 큰 도움이 될 것이다”고 말했다.

공동 제1 저자인 김믿음 UNIST 에너지화학공학과·한국화학연구원 석사는 “전해질의 불연성 평가에 그치지 않고 파우치형 전지에 적용하는 등 다양한 실험으로 배터리 자체의 우수한 안전성을 확인했다”고 설명했다.

송현곤 에너지화학공학과 교수는 “고분자를 활용한 불연성 반고체 전해질은 기존 배터리 조립 공정에도 바로 적용 가능해 추후 불연성 배터리의 상용화를 가속화시킬 것이다”고 말했다.

이번 연구는 UNIST 연구팀의 전기화학, 한국화학연구원 정밀화학연구센터의 고분자 합성, 한국에너지기술연구원 울산차세대전지 연구개발센터의 배터리의 안전성 실험 등 3개 기관의 협업으로 이뤄졌다

연구진들은 국내 5건, 해외 2건의 특허를 출원했다. 연구 결과는 에너지 분야의 권위 학술지인 ACS Energy Letters의 표지 논문(supplementary cover)으로 선정돼 지난 10월 13일 온라인 게재됐다.

연구 진행은 과학기술정보통신부 한국연구재단, 한국산업기술기획평가원, 한국화학연구원과 삼성 SDI의 지원으로 이뤄졌다.

불연성 반고체 전해질 연구가 ACS Energy Letters 표지에 실려있다.

영남취재본부 황두열 기자 bsb03296@asiae.co.kr