UNIST, 불연성 반고체 전해질 개발

UNIST-화학연-에기연 울산 3개 기관 공동연구팀
화재 억제 및 높은 리튬이온 전도도 확인

공동연구팀의 일원인 송현곤 UNIST 교수팀(뒷줄 왼쪽 두번째가 송현곤 교수, 원형사진은 제 1저자 김믿음 연구원, 앞줄 오른쪽 첫번째는 제 1저자 정지홍 연구원)

UNIST와 정부 출연연이 협력해 전기차 화재 예방에 탁월한 불연성 반고체 전해질을 개발했다.

UNIST는 송현곤 UNIST 에너지화학공학과 교수와 정서현 한국화학연구원 정밀화학연구센터 연구원, 김태희 한국에너지기술연구원 울산차세대전지연구개발센터 연구원으로 구성된 공동연구팀이 배터리 내에서 분자 결합이 가능한 '불연성 고분자 반고체 전해질'을 개발했다고 17일 밝혔다.

공동연구팀은 이 반고체 전해질이 배터리 화재를 효과적으로 억제한다는 점도 확인했다.

기존 불연성 전해질은 과량의 난연 첨가제나 높은 끓는점을 가진 용매를 사용해 만들었다. 이로 인해 전해질 이온 전도도가 감소해 성능이 떨어지는 등 여러 단점도 안고 있다.

연구팀은 전해질에 미량(2wt%, wt%는 질량백분률)의 고분자를 첨가해 기존 액체 전해질 대비 33% 높은 리튬 이온전도도(4.8 mS/cm)를 지닌 '반고체 전해질'을 만들었다.

불연성 반고체 전해질을 다룬 'ACS Energy Letters' 표지

이어 반고체 전해질을 적용한 배터리 내에서 중합 고분자와 휘발성 용매의 상호작용을 활용해 라디칼 연쇄 반응을 억제했다. 라디칼은 전자 하나를 지닌 원자 또는 분자로 매우 불안정한 특성을 띤다. 라이칼 반응을 억제하면 불연성을 높일 수 있다. 라이칼 반응 억제는 라디칼 억제 및 안정화 수치를 정량적으로 분석 활용한 결과다.

연구팀은 이러한 연구성과를 상용 파우치형 배터리에 적용해 다양한 실험을 진행하고 전해질 불연성, 배터리 수명 특성 향상 등 우수성과 안전성을 확인했다.

송현곤 교수는 “배터리 안전성 실험과 확인은 3개 기관 협업으로 가능했다”며 “고분자 활용 불연성 반고체 전해질은 기존 배터리 공정에 바로 적용할 수 있어 불연성 배터리 상용화에 기여할 것”이라고 말했다.

연구팀은 국내 5건, 해외 2건의 특허를 출원했다. 연구 성과는 'ACS Energy Letters' 10월 13일자 표지 논문으로 실렸다.

부산=임동식 기자 dslim@etnews.com