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배터리 용량 최대 30% 더 오래 유지하는 첨가제 개발

송고시간2021-02-15 16:08

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울산과학기술원(UNIST)은 배터리의 용량을 기존보다 더 오래 유지하게 하는 첨가제를 개발했다고 15일 밝혔다.

UNIST에 따르면 에너지화학공학과 최남순·곽상규 교수, 화학과 홍성유 교수 연구팀은 대용량 리튬 이온 배터리 개발의 난제로 꼽혀 온 전극 소재의 불안정성을 해결할 수 있는 배터리 전해액 첨가제를 개발했다.

전기차를 비롯한 대용량 배터리 수요가 늘면서 상용 리튬 이온 배터리의 전극을 고용량 소재인 실리콘과 하이니켈로 대체하려는 연구가 이뤄지고 있다.

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UNIST 교수 연구팀 성과…400회 충·방전 후 처음 용량 81.5% 유지

개발된 첨가제의 전극 보호 효과 모식도
개발된 첨가제의 전극 보호 효과 모식도

[울산과학기술원 제공. 재판매 및 DB 금지]

(울산=연합뉴스) 김용태 기자 = 울산과학기술원(UNIST)은 배터리의 용량을 기존보다 더 오래 유지하게 하는 첨가제를 개발했다고 15일 밝혔다.

UNIST에 따르면 에너지화학공학과 최남순·곽상규 교수, 화학과 홍성유 교수 연구팀은 대용량 리튬 이온 배터리 개발의 난제로 꼽혀 온 전극 소재의 불안정성을 해결할 수 있는 배터리 전해액 첨가제를 개발했다.

전기차를 비롯한 대용량 배터리 수요가 늘면서 상용 리튬 이온 배터리의 전극을 고용량 소재인 실리콘과 하이니켈로 대체하려는 연구가 이뤄지고 있다.

그러나 실리콘 음극은 충·방전 시 부피가 3배 이상 늘었다 줄어드는 것이 반복돼 기계적 내구성이 약하고, 하이니켈 양극은 화학적으로 불안정하다.

이 때문에 충·방전을 반복하면 배터리 용량이 급격히 줄어드는 문제가 있다.

연구팀이 개발한 첨가제는 실리콘 혼합 음극 표면에 유연하고 리튬 이온 투과성이 뛰어난 보호막을 만들어 반복적인 부피 변화에 의한 기계적 과부하를 줄이고, 고속 충전을 가능하게 한다.

또 전해액 속 불산을 제거해 하이니켈 양극 내부 금속이 밖으로 유출되는 것을 막는데, 양극 내부 금속의 양은 배터리 용량을 결정한다.

첨가제를 하이니켈 양극과 실리콘 혼합 음극으로 구성된 대용량 배터리에 투입했을 때 400회 충·방전 후에도 처음 용량의 81.5%를 유지했는데, 이는 상용 첨가제보다 10∼30% 향상된 성능이라고 연구팀은 설명했다.

앞줄 왼쪽부터 반시계 방향으로 곽상규 교수, 최남순 교수, 홍성유 교수, 박세원 연구원, 정서영 연구원. [울산과학기술원 제공. 재판매 및 DB 금지]

앞줄 왼쪽부터 반시계 방향으로 곽상규 교수, 최남순 교수, 홍성유 교수, 박세원 연구원, 정서영 연구원. [울산과학기술원 제공. 재판매 및 DB 금지]

최남순 교수는 "이번 연구는 기존 첨가제의 단점을 보완할 수 있는 물질 구조를 실제로 만들기 위한 협업 결과"라며 "대용량 리튬 이온 배터리용 전해액 첨가제 개발의 새로운 방향을 제시했다"고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지인 '네이처 커뮤니케이션스'(Nature Communications)에 5일 자로 출판됐고, 편집자가 선정한 영향력 있는 논문으로도 소개됐다.

연구 수행은 한국에너지기술평가원의 에너지 기술개발사업과 한국연구재단의 기후변화대응 기술개발사업의 지원으로 이뤄졌다.

yongtae@yna.co.kr

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