전기차 폭발 위험 확 줄인 새 전해질 첨가제 개발

한국원자력연구원

국제 학술지 'ACS 머티리얼즈 레터스' 10월 호 부표지논문으로 소개된 이번 연구. 원자력연 제공

배터리 폭발 위험, 충전 시간 대비 짧은 주행거리 등 전기차가 가진 한계를 극복할 수 있는 기술이 개발됐다.

한국원자력연구원은 연구원 창업기업인 내일테크놀로지가 질화붕소나노튜브(BNNT)를 활용한 리튬이온배터리 전해질 첨가제를 개발해 국제 학술지 'ACS 머티리얼즈 레터스'의 부표지 논문으로 10월 선정됐다고 26일 밝혔다.

탄소나노튜브(CNT)는 리튬이온배터리에서 리튬산화물의 전도성을 높이는 도전재로 쓰인다. 배터리의 용량을 높이는 데 큰 기여를 한다. 연구팀이 활용한 질화붕소나노튜브(BNNT)는 CNT와 열전도·기계적 특성이 비슷하지만 900도 이상 고온에서도 안정적이라는 장점이 더해진 신소재다. 또 CNT와는 달리 절연이 필요한 분리막과 전해질에도 사용할 수 있다.   

내일테크놀로지 연구팀은 BNNT를 전해질에 직접 첨가하는 대신 BNNT 분말을 분리막에 코팅해 전해질 첨가제 역할을 하도록 했다. 이를 배터리 제작공정에 적용한 결과 배터리 출력, 용량, 충·방전, 안전성 등 주요 성능을 모두 향상시키는 것을 확인했다. 

리튬이온의 속도인 이온전도도는 20% 이상, 이온전달수는 50% 이상 증가했다. 이온전도도와 이온전달수가 높을수록 배터리의 출력이 커지면서 고속으로 충전된다. 배터리의 양극 무게당 용량인 '비용량'도 10% 향상되면서 배터리 용량이 늘었다. 

배터리 폭발 위험도 낮췄다. 배터리의 온도가 올라 분리막에 열 수축이 일어날 경우, 양극과 음극이 맞닿게 되면서 폭발할 위험이 있다. 연구팀은 분리막 열 수축률을 50% 이상 낮추는 방법으로 안전성을 높였다고 밝혔다. 

내일테크놀로지는 2015년 BNNT 제조 기술과 장치를 독자 개발했다. 2019년엔 BNNT를 활용한 자동차 배기가스 정화용 촉매를 최초로 개발하며 주목받기도 했다. 원자력연에 따르면 BNNT 제조 기술을 가진 나라는 미국, 캐나다 등 소수인데다 대량 생산기술을 확보한 기업은 전 세계에서 내일테크놀로지가 유일하다.

김재우 내일테크놀로지 대표이사는 "BNNT를 기존 배터리에 적용할 수 있도록 사업화에 힘쓰겠다"며 "리튬이온 전도도와 안전성이 크게 향상된 차세대 전해질도 개발할 예정"이라고 밝혔다.

[박건희 기자 wissen@donga.com]