UNIST, 활성산소 제거해 고용량 배터리 수명·성능 개선

(울산=연합뉴스) 허광무 기자 =

울산과학기술원(UNIST) 연구진이 ‘활성산소’를 제거해 고용량 리튬 이온 배터리의 수명과 성능을 개선하는 기술을 개발했다.

최남순·송현곤·곽상규 에너지 및 화학공학부 교수팀은 리튬 이온 배터리의 양극에서 만들어지는 활성산소와 배터리 내 부반응을 일으키는 물(water)을 제거하는 ‘전해액 첨가제’를 개발했다고 30일 밝혔다.

이 첨가제는 체내 항산화 효소처럼 배터리 안에서 발생한 활성산소와 반응해 배터리 노화를 방지한다. 이 물질을 리튬 이온 배터리용 전해액 시스템으로 활용하면 더 오래 안전하게 사용하는 배터리를 만들 수 있는 것이다.

전기자동차를 비롯해 대용량 에너지 저장 장치의 수요가 급증하면서 리튬 이온 배터리 용량을 키우기 위한 시도가 많다.

리튬이 많이 함유된 물질인 ‘리튬 리치 양극’을 사용한 게 대표적인데, 이를 위해서는 배터리 충·방전 반응 중에 활성산소가 발생하는 문제를 풀어야 한다. 활성산소는 전해액을 분해하고, 일산화탄소나 이산화탄소 같은 가스를 발생 시켜 배터리 수명과 안정성으로 떨어뜨린다.

울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 소속 최남순·송현곤·곽상규 교수(왼쪽부터).

연구진은 기존 전해액에 ‘말론산이 결합한 풀러렌'(MA-C60) 첨가제를 넣어 이 문제를 해결했다.

MA-C60은 탄소 원자가 축구공처럼 5각형과 6각형 구조로 이어진 풀러렌에 말론산이 결합한 물질이다. 이 물질을 전해액 속에 소량(1%) 첨가하면 전해질 용매 대신 활성산소와 반응, 전해액이 분해되는 것을 막는다.

전지 작동 초기에는 첨가제가 용매와 반응해 보호막을 만드는 영향으로 양극 표면을 보호하는 역할도 한다.

또 전지 작동 중에 만들어지는 수분은 배터리 수명과 성능을 단축하는 산성화합물과 전극피막을 만드는데, 새 첨가제는 배터리 내 수분도 효과적으로 제거했다.

최남순 교수는 “이번에 개발한 전해액은 전지와 부반응을 일으키는 활성산소와 물을 제거할 뿐 아니라, 양극 표면에 보호막도 형성하는 ‘다기능성 전해질’이다”라면서 “리튬 리치 양극뿐 아니라 다른 고용량 양극 소재에도 적용해 전기차 배터리와 같은 고용량 전지의 성능과 수명을 동시에 개선할 수 있을 것”이라고 전망했다.

이번 연구는 에너지 분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈'(Advanced Energy Materials) 4월 6일 자에 공개됐다.

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