[에듀플러스]상명대 화학에너지공학전공 연구팀, 친환경 셀룰로오스 배터리 분리막의 열안정성 향상 원리 규명

상명대 강상욱 연구팀이 제시한 신개념 배터리 분리막의 개발 모식도 1부 (사진=상명대)

상명대학교는 강상욱 화학에너지공학전공 교수 연구팀이 친환경 바이오 기반 고분자인 하이드록시에틸셀룰로오스(Hydroxyethyl Cellulose, HEC)를 이용해 높은 공극률과 우수한 열안정성을 동시에 구현한 다공성 배터리분리막을 개발하고 구조 원리를 규명하는 데 성공했다고 5일 밝혔다.

일반적으로 고분자 소재는 내부에 기공이 많아질수록 구조가 약해지고 열에 대한 안정성도 낮아지는 것으로 알려졌다. 연구팀은 말산(Malic Acid)을 첨가한 뒤 비용매 유도 상분리(NIPS, Non-Solvent Induced Phase Separation) 공정을 적용함으로써 이러한 기존 통념과 다른 결과를 확인했다.

연구 결과, 제조된 HEC 기반 분리막의 공극률은 기존 44.9%에서 88.2%까지 증가했다. 또한 기체 투과성을 나타내는 Gurley 값은 4,812초에서 461초로 크게 감소해 물질 이동성이 향상된 것으로 나타났다. 특히 주목할 점은 열안정성의 향상이다. 열분해 시작 온도는 기존 HEC 막의 189℃에서 265℃로 약 76℃ 상승했으며, 최대 분해 속도가 나타나는 온도 역시 292℃에서 348℃로 증가했다.

강상욱 교수는 “일반적으로 기공이 증가하면 열안정성이 낮아질 것으로 예상하지만, 이번 연구에서는 오히려 열분해 온도가 크게 상승하는 현상이 관찰됐다”며“이는 단순히 기공 형성 때문이 아니라 고분자 사슬 배열과 분자 수준 구조 변화가 함께 발생했기 때문으로 판단된다”고 설명했다.

연구팀은 이러한 결과가 단순히 HEC 소재에 국한되지 않고 다양한 셀룰로오스 기반 분리막 설계에 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다.

강상욱 교수는 “이번 연구는 공극 구조와 고분자 사슬 조직화가 서로 독립적인 요소가 아니라 밀접하게 연결되어 있다는 점을 보여준다”며 “향후 리튬이온전지 분리막, 수처리 필터, 친환경 분리공정 소재 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

이번 성과는 국제저명학술지 International Journal of Biological Macromolecules (IF 8.5, JCR분야별 상위 6.4%) 2026년 6월호에 게재됐다.

권미현 기자 mhkwon@etnews.com