UNIST 연구팀, 배터리 수명·출력 높인 '이온 농축형 전해액' 개발

최남순·곽상규 교수팀 "리튬 금속 전지 고성능화에 기여"

[연구진 사진] (좌측부터) 김세훈 연구원, 김고은 연구원, 공동 1저자 인 이태경 연구원(유니스트제공)© 뉴스1

(울산=뉴스1) 손연우 기자 = UNIST(총장 이용훈) 에너지 및 화학공학부 최남순-곽상규 교수팀이 불소 원자를 포함하는 용매를 이용한 '이온 농축형 전해액'을 개발해 주목을 받고 있다.

이번에 개발된 전해액은 리튬 금속 전지의 음극과 양극에 보호막을 고르게 형성해, 전체 배터리의 수명과 출력을 높였다.

전해액의 리튬 금속 전지 수명 향상 기능 관련 연구그림(유니스트제공)© 뉴스1

'리튬금속전지'는 상용화된 '리튬이온전지' 보다 부피·무게대비 용량이 더 커 전기차 등에 적용 가능한 차세대 전지로 각광받고 있지만 음극소재로 사용되는 리튬 금속의 반응성이 높아 상용화에는 어려움이 있었다.

연구진사진 완쪽 위 최남순교수, 아래 곽상규교수, 오른쪽 1저자 이용원 박사 © 뉴스1

이에 최남순 교수팀은 '불소(F)'를 함유한 새로운 조성의 전해액을 개발, 향후 같은 양극소재를 활용하는 리튬이온전지, 리튬-공기전지, 리튬-황 전지 등에도 적용이 가능할 전망이다.

제1저자 이용원 UNIST 박사(현 LG화학 책임연구원)는 "불소를 첨가한 전해액이 양극에도 보호막을 만들면서 4V 이상 고전압에서 전해액이 분해돼 달라붙는 문제를 해결했다"고 전했다.

그러면서 "기존 리튬 이온 전지용 전해액에서는 확보할 수 없는 고전압·장수명 리튬 금속 전지를 구현할 수 있게 됐다"고 설명했다.

이와 함께 곽상규 교수팀은 이론 계산을 통해 불소를 포함한 용매의 반응 경향성과 반응 메커니즘을 규명했다.

기존보다 환원 반응이 잘 일어나는 '불소화 에테르 용매'가 불소를 쉽게 내주는 성질이 있어 음극에 보호막(불소화 계면) 형성을 촉진했다는 사실을 밝혀낸 것이다.

곽 교수는 "이 계산 원리는 향후 리튬 금속 전지의 고성능화를 위한 기능성 전해액 소재와 첨가제 개발에 기여할 것"이라고 기대했다.

최남순 교수는 "이번에 규명된 전극 계면 안정화 메커니즘은 고에너지 밀도 전지 개발을 위한 전해액 시스템 설계에 활용될 것"이라며 "리튬 금속 전지와 동일한 양극을 사용하는 리튬 이온 전지를 비롯해 차세대 고에너지 밀도 전지의 전기화학적 성능을 높이는 데 많은 도움이 될 것"이라고 강조했다.

이번 연구는 저명한 국제학술지 '나노 에너지(Nano Energy)'에 11월 20일자에 실렸다. 연구 수행은 과학기술정보통신부의 기후변화대응기술개발사업과 산업통상자원부의 전략적핵심소재기술개발사업의 지원으로 이뤄졌다.
syw0717@news1.kr

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