1% 첨가제로 더 오래 쓰는 배터리 만든다
1% 첨가제로 더 오래 쓰는 배터리 만든다
  • 이종호 기자
  • 승인 2018.04.12 11:03
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전체 배터리에서 1%를 차지하는 전해액 첨가제를 더하면 기존보다 오래 쓰고, 한 번에 많은 힘을 내는 배터리가 되는 기술이 나왔다.


유니스트 에너지 및 화학공학부 최남순-홍성유 교수팀은 리튬이온배터리의 에너지 용량을 높이기 위해 사용하는 실리콘계 음극물질의 팽창을 제어하고, 양극에 고전압을 흘려도 망가지지 않도록 보호막을 만드는 전해액 첨가제 기술을 개발해 <에너지 및 환경과학(Energy & Environmental Science, EES)> 4월 6일자 온라인판에 발표했다. 이 논문은 중요성을 인정받아 표지논문으로도 선정됐다.


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리튬이온배터리 성능을 향상시킬 전해질 첨가액을 개발한 UNIST 연구진의 모습_왼쪽부터 이재빈 연구원 홍성유 교수 조웅래 연구원 최남순 교수 한정구 연구원 채수종 연구원


실리콘 기반 음극 물질은 충전과 방전 과정에서 3배 이상 팽창해 상용화에 한계가 있었다. 논문 공동 제1저자인 한정구 유니스트 에너지공학과 석.박사통합과정 연구원은 "전해액 첨가제가 전해액보다 먼저 분해돼 전극 표면에 보호하는 층을 만드는 원리"라며 "보통 전해액 첨가제는 양극과 음극에 따로 작용하는데, 새로 개발한 전해액 첨가제는 양극 보호는 물론 실리콘계 음극 제어에도 강력한 효과를 보였다"고 말했다.


홍성유 교수는 "불소화된 말로네이트계 화합물을 통해 고리형 보레이트 구조를 구현시켜 전해액 첨가제를 만들었다"며 "새로 개발한 전해액 첨가제는 고전압에서 구동되는 과리튬 양극은 물론 고용량을 저장하는 실리콘계 음극을 보호하는 계면층을 각각 동시에 형성했다"고 설명했다.


홍-최 교수팀에 따르면 이 보호막 덕분에 4.55볼트의 높은 충전 전압에서 200회 반복 충.방전을 실시해도 양극과 음극의 구조적인 안정성이 유지되고, 12분만에 전체 배터리 용량을 모두 쓰는 고출력 조건에서도 높은 용량 구현율을 보여줬다.

최남순 교수는 "전체 배터리에서 1% 정도 차지하는 전해액 첨가제만으로 고전압 양극과 고용량 음극의 구현이 가능해 전체 리튬이온배터리의 성능을 높일 수 있다"며 "향후 고전압 양극 소재 개발과 고에너지 밀도를 갖는 리튬이온 배터리의 상용화에도 기여할 것"이라고 내다봤다.


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실리콘계 음극 물질에 전해액 첨가제가 작용된 모습(금색은 기존 물질이고 보라색은 새로 개발한 전해액 첨가제 적용)


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고전압 양극에서 새로운 전해액 첨가제가 적용돼 효과를 보이는 메커니즘


이종호 기자



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