리튬 이온 전기 과열 화재 예방하는 배터리 개발

새 연구논문의 제1저자인 쑨웨 버지니아공대 박사후연구원. 루이춘 홍콩중문대 교수 제공

리튬 이온 배터리로 인한 화재 사고가 전 세계적으로 끊이지 않는 가운데 불날 위험이 없는 배터리가 홍콩 연구진에 의해 개발돼 관련 업계의 관심이 쏠리고 있다.

23일 CNN방송 등에 따르면 홍콩중문대 연구진은 버지니아공대 박사후연구원 쑨웨(孫悅)가 이끄는 팀의 연구 결과를 토대로 새로운 형태의 배터리를 개발했다.

이에 따르면 일반적인 배터리 화재는 전해질 속 용매가 심한 압력을 받아 뜨거워졌을 때 발생하는데, 기존 전해질이 압력을 받았을 때 이를 안정화시킬 새로운 용매를 삽입해 온도 상승을 막는 구조의 배터리를 개발했다는 것이다.이 새로운 디자인의 배터리는 소위 ‘관통 실험’에서 555℃까지 온도가 급증하던 기존 배터리와 달리 3.5℃ 온도 상승에 그쳤다. 연구진은 배터리의 성능이나 내구성에 부정적인 영향을 미치지 않으며, 1,000회 충전 사이클 후에도 용량의 80% 이상을 유지했다고 밝혔다.

연구 참여자인 루이춘(盧怡君) 홍콩 중문대 기계·자동화공학 교수는 “전극 부분은 제조 공정에서 바꾸기 어렵지만 우리의 발명품은 액체인 전해질”이라며 “우리의 발명품은 기본적으로 새 전해질로 교체하기만 하면 되기 때문에 상업적으로 이용 가능한 시스템에 쉽게 구현할 수 있다”고 말했다.

새 전해질을 적용한 배터리의 관통 테스트 결과(왼쪽 위 아래)와 기존 배터리의 관통 테스트 결과(오른쪽 위 아래) 비교. 루이춘 홍콩중문대 교수 제공

새로운 화학 공식은 제조 비용을 약간 증가시킬 수 있지만 루 교수는 규모의 경제 측면에서 새 배터리 가격이 현재 배터리와 매우 비슷한 수준이 될 것이라고 덧붙였다. 연구자들은 이 아이디어를 상업적으로 추구하는 데 관심이 있으며, 현재 배터리 제조업체와 논의 중이며, 이 디자인이 시장에 나오는 데 3∼5년이 걸릴 수 있다고 전망했다.

관련 연구가 공개되자 관련 학계에서의 관심이 뜨거워지고 있다. 도널 파인건 미국 국립재생에너지연구소 선임 과학자인는 CNN과의 이메일 인터뷰에서 “새로운 디자인이 흥미로운 발전이며, 화재를 일으키지 않고 뜨거운 조건과 단락을 견딜 수 있는 안전 배터리로 해석된다”고 말했다. 그는 “전략적으로 선택된 전해질 용액은 확장 가능하며 배터리의 사이클 수명을 크게 방해하지 않아 상업용 배터리 시스템에서 대량 채택에 대한 많은 장벽을 없애는 데 도움이 된다”고 덧붙였다.

게리 코닉 버지니아 대학교 화학공학과 교수는 “제조 측면에서 예상치 못한 처리 호환성 문제가 없는 한 비교적 짧은 기간 내에 새로운 전해질을 구현할 수 있다”고 분석했다.

텍사스 A&M 대학교 화학공학과 교수인 호르헤 세미나리오는 “새 디자인이 안전성과 성능을 모두 달성하고 있는 고에너지 리튬 이온 배터리의 가장 중요한 과제 중 하나를 해결하고 있다”며 “이 연구는 매우 혁신적이고 영향력이 있으며 리튬 이온 배터리 안전의 중요한 병목 현상에 대한 실질적인 해결책을 제공한다”고 분석했다.

박준우 기자