국내 연구진이 휴대전화·전기자동차에 들어가는 리튬이온전지의 성능과 안전성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 분리막 소재 원천 기술을 개발했다.
미래창조과학부는 울산과학기술대 이상영 교수 연구팀과 LG화학[051910] 배터리연구소 김종훈 박사 연구팀이 공동 연구를 통해 이러한 성과를 냈다고 24일 밝혔다. 리튬이차전지는 양·음극, 전해액, 분리막 등으로 구성된다. 이 가운데 분리막은 두 전극이 물리적으로 서로 닿지 못하도록 격리시키는 동시에 리튬이온이 양극 사이를 원활하게 오가도록 돕는 역할을 한다. 리튬이온 배터리의 출력과 충·방전 성능을 좌우하는 것도 분리막이다.
지금까지 분리막 소재로는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌이 많이 쓰였지만 불균일한 기공 구조 등으로 전기차 배터리가 요구하는 고출력·고속 충전 등의 특성을 확보하기에는 어려움이 있었다. 여기에 전지 온도가 상승할 때는 분리막의 열 수축으로 양극과 음극이 맞닿아 폭발을 일으킬 우려도 상존했다.
연구팀은 100나노미터(㎚) 크기의 실리카 나노입자를 아크릴 고분자와 혼합해 특수 고분자를 제조한 뒤 실라카 나노입자만을 제거하는 공정으로 기공구조가 균일한 새로운 개념의 분리막을 만들어냈다. 이 분리막은 150도 이상의 고온에서도 열 수축이 없어 폭발·화재 위험을 크게 줄였고 출력도 3배 이상 향상시켰다. 아울러 충전속도는 2배, 수명은 3배가량 개선됐다. 새 분리막이 적용된 리튬이온 배터리를 장착하면 전기차의 주행거리, 충전 속도, 안전성 등이 획기적으로 향상될 것으로 연구팀은 기대했다.
박재문 미래부 연구개발정책실장은 "소형 전지뿐만 아니라 전기자동차·스마트그리드용 중대형 전지의 성능을 한단계 업그레이드할 수 있는 신개념 분리막의 기술적 토대를 마련했다는데 의의가 있다"고 평가했다.
다만 추가 연구를 통해 대면적의 분리막 제조 기술 개발과 안전성 검증 등의 난제를 해결해야 해 상용화까지는 다소 시간이 걸릴 것으로 예상된다.
이번 연구 성과는 이달 3일자 화학·재료과학 분야의 세계적인 권위지인 '나노 레터스'(Nano Letter) 온라인판에 실렸다.
전성훈 기자 lucho@yna.co.kr
출처-연합뉴스
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