식재료 한천 이용해 리튬 이차전지 획기적인 성능 향상 [과학it슈]

[시선뉴스 이호] 3일 포항공과대학교(POSTECH)는 화학과 박수진 교수, 송우진 박사팀이 울산과학기술원(UNIST) 최남순 교수, 한정구 박사, 신명수 연구원, 울산과학대 유승민 교수 연구팀과 공동으로 이차전지의 효율을 떨어뜨리는 열화현상 억제 분리막을 개발했다고 밝혔다. 

기존 유기 전해질 기반의 리튬 이차전지는 고온이 되면 불안정한 반응을 보여 전해액이 흘러나오거나 폭발하는 문제가 있었고 이런 문제는 전기차 상용화의 큰 걸림돌로 작용해 왔다. 

연구팀은 이런 현상을 해결하기 위해 다양한 물질을 물색하였고 물을 좋아하는 성질을 가진 ‘한천’을 발견했다. 해조류에서 추출한 한천은 가루로 만들어 물을 부으면 물을 붙잡아 젤리처럼 되는 성질을 가지고 있다. 

연구팀은 유기 실리콘계 화합물을 통해 한천 친수성을 조절해 균일한 구멍이 많은 고분자 막을 개발하였다. 이 분리막은 유연하면서도 고온에서 열 변형 없이 다공성 구조를 유지하는 특성을 보였다. 또한 한천을 이용해 전극을 물리적으로 안정화하는 양극재 바인더 역시 개발하였다. 

이렇게 개발된 분리막과 바인더는 기존 리튬 기반의 전해질을 사용했음에도 고온에서 안정적인 모습을 보여줬다. 또한 음극 표면의 저항층 피막형성을 억제하고 전해질에 잘 젖는 한천의 장점으로 인해 리튬이온 전도성이 증가해 빠른 충전 성능을 보였다.

박수진 포항공대 교수는 "값싼 한천을 이용해 만든 다기능성 분리막과 바인더는 다양한 고성능 전지에 적용할 수 있는 소재로 고온에서 안정적인 배터리 운용에 크게 이바지할 것으로 본다"고 말했다. 한편 이번 연구 성과는 세계적 권위지인 어드밴스드 에너지 머티리얼스에 개제되었다.