전기차 화재 막을 반고체 전해질 개발

UNIST, "화재 억제 및 높은 리튬이온 전도도 확인"

반고체 전해질로 배터리 화재 위험을 낮출 수 있는 기술이 나왔다. 한번 붙으면 좀처럼 꺼지지 않는 전기차 배터리 화재 피해를 줄일 수 있으리란 기대다.

UNIST(총장 이용훈)는 에너지화학공학과 송현곤 교수 등 공동 연구팀이 배터리 안에서 분자 결합이 가능한 '불연성 고분자 반고체 전해질'을 개발했다고 17일 밝혔다. 

현재 불연성 전해질은 난연 첨가제를 다량 넣거나 끓는점이 매우 높은 용매를 써서 만들지만, 전해질 이온 전도도를 낮추는 등의 문제가 있다.

송 교수와 한국화학연구원 정밀화학연구센터 정서현 박사, 한국에너지기술연구원 울산차세대전지 연구개발센터 김태희 박사 공동 연구팀은 전해질에 2% 정도의 미량의 고분자만 넣어 젤 형태의 반고체 전해질을 만들었다.

불연성 젤 전해질의 작동 원리 (자료=UNIST)

이 전해질은 기존 액체 전해질보다 리튬 이온 전도도가 33% 높았다. 또 이 전해질을 넣어 만든 파우치형 배터리에는 전극과 전해질 사이 보호계면(SEI)이 형성되면서 수명이 110% 늘었다.

연소 과정 중 연료와 라디칼 연쇄 반응을 억제해 전해질 성능과 불연성을 동시에 확보했다고 연구진은 설명했다. 라디칼은 하나의 전자를 가지는 원자 혹은 분자로 매우 불안정한 특성을 보인다. 연구팀은 라디칼을 안정화할 수 있는 수치를 정량적으로 분석하고 불소화 알킬 사슬을 고분자에 합성해 이를 억제했다. 전기화학적 정량화를 통해 라디칼 억제 수치를 분석함으로써 불연성 전해질의 메커니즘을 밝히는데 기여할 전망이다.

송현곤 교수는 "고분자를 활용한 불연성 반고체 전해질은 기존 배터리 조립 공정에도 바로 적용 가능해 추후 불연성 배터리의 상용화를 가속화시킬 것"이라고 말했다.

연구진은 국내 5건, 해외 2건의 관련 특허를 출원했다. 이 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단, 한국산업기술기획평가원, 한국화학연구원과 삼성 SDI의 지원으로 이뤄졌으며, 학술지 'ACS 에너지 레터스(ACS Energy Letters)에 최근 실렸다. 논문 제목은 Fire-Inhibiting Nonflammable Gel Polymer Electrolyte for Lithium-Ion Batteries 이다.