부경대 교수팀, 이차전지 ‘열 폭주’ 억제 분리막 개발 성공

최근 탄소 배출량을 줄이기 위해 수소전지나 리튬이온 배터리 기반 이동 수단 개발이 활발하게 진행되고 있으나, 유기 전해질의 발화에 따른 열 폭주 현상으로 인한 화재 발생 등 안전에 대한 우려가 제기되고 있다. 이에 국내 한 대학 연구팀이 열 폭주를 억제하는 분리막 개발에 성공해 눈길을 끈다.

국립부경대학교는 공업화학전공 조계용 교수 연구팀이 전기차 등에 사용되는 리튬이온 이차전지의 ‘열 폭주’를 억제하는 분리막 개발에 성공했다고 31일 밝혔다.

조계용 교수(왼쪽부터)와 박재원, 권영제, 김세훈, 배지우, 이민정 연구원 등이 포즈를 취하고 있다.

부경대 연구팀은 기능화된 불소계 고분자를 상용 폴리프로필렌 분리막에 코팅하고, 사슬 모양 구조의 천연 및 합성 고분자에 새 화학결합을 만들어 삼차원 그물구조를 갖는 ‘가교반응’을 활용해 리튬이온 배터리의 열적 안정성을 향상하고, 자기소화능력 도입을 통해 화염을 억제하는 분리막을 개발했다.

불소계 고분자 코팅층이 고분자의 가교반응을 통해 고온에서 분리막의 열 수축을 억제하면서 분리막의 고온 안전 특성을 향상시켰다. 또 연소 시 분리막의 전해질과 코팅층이 함께 분해되며 부촉매 소화 효과를 통해 배터리 화재가 발생할 경우 지속적인 발화 현상을 억제하며 자기 소화능력을 보인 것이다.

조계용 교수 연구팀이 개발한 리튬이온 이차전지용 분리막은 열적 안정성 향상은 물론 자기 소화능력까지 갖춰 이 같은 열 폭주 현상을 억제할 수 있을 것으로 기대된다.

기능화된 불소계 고분자 코팅을 통한 분리막의 자기소화 및 내부 단락 억제 모식도 이미지. 부경대 제공

이번 연구는 지자체·대학 협력기반 지역혁신사업(RIS)과 산업통상자원부·연구재단의 우수신진연구사업의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과를 담은 논문은 지난 28일 국제학술지 ‘Journal of Materials Chemistry A’에 게재됐고 표지논문으로 선정됐다.

논문 제1저자인 박재원 연구원은 “이번 연구로 리튬이온 배터리의 안전성에 대한 우려를 해소하고, 리튬이온 배터리가 더욱 다양한 분야에서 사용될 수 있기를 기대한다”고 말했다.

부산=오성택 기자 fivestar@segye.com