전기차용 고용량 리튬전지를 만들 수 있는 새로운 전해액 시스템이 개발됐다.
울산과학기술원(UNIST·총장 이용훈)은 최남순·곽상규 에너지 및 화학공학부 교수팀이 불소 원자를 포함한 새로운 용매(불소화 용매)를 이용해 '이온 농축형 전해액'을 개발했다고 18일 밝혔다.
이 전해액은 리튬금속전지 음극과 양극에 고르게 보호막을 형성해 전지 수명과 출력을 높여준다.
리튬금속전지나 리튬이온전지는 '리튬이온'을 양극과 음극으로 이동시켜며 충·방전한다. 전해액은 이 리튬이온이 지나는 통로이자 전해액 자체는 전극(음극·양극) 표면과 반응해 보호막을 만드는 역할을 한다.
이 보호막이 균일하게 형성되지 못하면 전극 보호에 문제가 생기고 전지 성능이 떨어진다.
최 교수팀은 '불소'를 함유한 새로운 조성의 전해액을 만들고, 이를 이용해 음극과 양극을 동시에 보호하고 전지 출력도 높일 수 있는 전해액시스템을 개발했다.
전해액 속 불소는 리튬과 반응해 리튬전극 표면에 보호막을 형성했고, 보호막이 부분적으로 파괴됐을 때 수선하는 역할도 했다.
이 전해액시스템을 이용하면 기존에는 어려웠던 고전압·장수명 리튬금속전지를 구현할 수 있다.
최 교수팀은 불소화용매의 반응 경향과 메커니즘도 규명했다.
환원 반응이 잘 일어나는 '불소화 에테르 용매'가 불소를 쉽게 내어주는 성질이 있어 음극에 보호막(불소화 계면) 형성을 촉진한다는 사실을 밝혔다.
최남순 교수는 “리튬금속전지 고성능화에 필요한 기능성 전해액 소재와 첨가제, 상용 전해액시스템 개발을 앞당겨 차세대 고에너지 밀도 전지 개발에 기여할 것”이라 말했다.
이 연구는 과학기술정보통신부 기후변화대응기술개발사업과 산업통상자원부 전략적핵심소재기술개발사업 지원으로 이뤄졌고, 연구 성과는 '나노 에너지' 11월 20일자에 실렸다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
