"이거 넣으면 전기차 성능 `쑥쑥`"…배터리 출력·충방전·안전성 등 향상

원자력연 창업기업...질화붕소 나노튜브 첨가제 개발
나노분말로 분리막에 코팅..배터리 출력 '빵빵, 고속충전'

한국원자력연구원은 연구원 창업기업인 내일테크놀로지가 리튬이온전지의 출력과 충방전 성능 등을 높이는 전해질 첨가제를 개발했다고 밝혔다. 원자력연 제공

원자력연 연구원 창업기업인 내일테크놀로지가 개발한 '질화붕소 나노튜브가 적용된 파우치 배터리 '사진 원자력연 제공

한국원자력연구원은 연구원 창업기업인 내일테크놀로지가 리튬이온전지의 출력과 충방전 성능을 높이는 질화붕소 나노튜브(BNNT)를 활용한 리튬이차전지 전해질 첨가제를 개발했다고 26일 밝혔다.

BNNT는 기존 탄소나노튜브의 높은 열전도도와 우수한 기계적 특성을 지니면서 900도 이상 고온에서 안정적이고 화학적 반응성이 매우 낮은 새로운 나노 소재로 주목받고 있다. 현재 BNNT는 미국, 캐나다, 호주 등 소수 기업만 확보하고 있다. 내일테크놀로지는 지난 2019년 BNNT를 활용한 자동차 배기가스 정화용 촉매를 개발하는 등 BNNT 대량 생산 기술을 확보하고 있다.

배터리는 양극, 음극, 분리막, 전해질 등으로 구성되는데, 성능 향상을 위해 다양한 물질을 첨가한다. 대표적으로 탄소나노튜브는 양극과 음극 첨가제로 쓰이지만, 전기전도성을 지녀 절연이 필요한 분리막이나 전해질에는 사용할 수 없다.

연구팀은 BNNT를 전해질에 직접 첨가하는 대신 BNNT 분말을 분리막에 코팅해 전해질 첨가제 역할을 하도록 새로운 나노소재를 개발했다. 이 기술은 배터리 제작 공정에 쉽게 적용할 수 있고,리튬이온전도도를 기존에 비해 20% 이상, 이온전달수는 50% 이상 각각 높였다. 리튬이온 전도도와 전달수가 높을수록 배터리 출력은 향상되고, 고속 충전이 가능하다.

배터리 양극 무게당 용량인 비용량도 10% 향상시켜 배터리 용량 증가와 함께 500회 고속 충방전 테스트에서 높은 방전효율을 보였다. 분리막 열 수축률도 50% 이상 낮춰 안전성을 높여 배터리 온도 상승 시 분리막 열 수축에 의한 양극과 음극이 맞닿는 것을 막아 폭발 위험을 줄일 수있다.

김재우 내일테크놀로지 대표는 "BNNT를 전해질 첨가제로 사용해 배터리 성능 향상에 기여한다는 것을 실험적으로 증명한 첫 사례"라며 "앞으로 BNNT를 기존 배터리에 적용하면서 리튬이온전도도와 안전성을 크게 높인 차세대 전해질 개발에 나서겠다"고 말했다.

이 연구는 두석광 한국에너지공대 교수팀과 최재학·송우진 충남대 교수팀이 공동으로 진행했으며, 국제 학술지 'ACS 머티리얼스 레터스)' 부표지 논문으로 실렸다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr