DGIST, 유기-결정성 고체 전해질 기술 개발...차세대 배터리 개발 단초

대구경북과학기술원(DGIST·총장 국양)은 이호춘 에너지공학과 교수 연구팀이 고전압 및 고에너지 밀도 포타슘 배터리에 적용 가능한 '설폰(sulfone)' 화합물 기반 유기-결정성 고체 전해질 기술을 개발했다고 10일 밝혔다.

포타슘은 일반적으로 칼륨 알려져 있다. 이를 이용해 만들어진 배터리는 포타슘 원소의 풍부한 양과 포타슘의 낮은 환원 전위 덕분에 리튬 이온 배터리의 뒤를 이을 차세대 배터리로 각광받고 있다. 그러나 포타슘 배터리에 사용되는 카보네이트 계열 전해질은 전기화학적 안정성이 매우 낮고, 불에 잘 붙는 가연성 물질이어서 활용하기에 한계가 있다.

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이호춘 DGIST 에너지공학과 교수(왼쪽)와 강석범 학위연계과정생

연구팀이 개발한 포타슘 배터리 전고체 전해질 기술은 기존 카보네이트 전해질이 갖는 단점을 극복한 고체 전해질 기술이다. 디메틸설폰(Dimethyl sulfone)을 포함하는 설폰 화합물 기반 유기-결정성 고체 전해질(SCOE)은 높은 전류를 흐르게 하면서, 우수한 전기화학 안정성을 갖고 있으며, 불에 잘 타지 않는 난연성을 확보했다. 뿐만 아니라 고체전해질을 높은 온도로 가열해 녹인 뒤 양극 활물질에 붓는 과정인 용융주조공정을 통해 고체전해질과 양극 활물질 간의 치밀한 계면 접촉을 형성할 수 있었다.

칼륨 이온 전지용 양극활물질 중에 하나인 'KVPO4F' 양극재를 포함한 5V 고전압 배터리에 SCOE를 전해질로 사용한 결과, 100회 이상 성공적으로 충방전 되었으며 높은 용량 유지율(88.8%)과 쿨롱효율(99.6%)을 보였다.

이번 연구는 홍승태 DGIST 에너지공학과 교수팀과 공동으로 진행되었으며, 최근 화학공학분야 저명 국제 학술지 중의 하나인 '케미칼 엔지니어링 저널' 온라인에 실렸다. 학술지는 오는 9월 1일 게재된다. DGIST 에너지공학과 강석범 학위연계과정생이 1저자로 참여했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단 기초연구실 지원사업(BRL) 지원을 받아 수행됐다.


대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com


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