고전압 배터리의 숙원 해결
UNIST 연구팀이 전기차 배터리 수명을 2.8배 늘리는 획기적인 기술을 개발했습니다. 송현곤 교수 연구팀은 한국화학연구원, 한국전자기술연구원과 협력해 젤 형태의 반고체 전해질을 만들었는데요, 이 기술은 고전압 충전 시 발생하는 활성산소 문제를 원천적으로 차단합니다.
고전압으로 충전할 때 배터리 양극에서 불안정한 산소가 발생하는데, 이게 활성산소로 변하면서 전해액을 분해하고 가스를 발생시킵니다. 이 과정이 배터리 수명을 단축하고 폭발 위험까지 높이는 주요 원인으로 지목되어 왔습니다.
산소를 잡는 젤의 비밀
연구팀이 개발한 '안트라센 기반 반고체 전해질(An-PVA-CN)'은 두 가지 방식으로 배터리를 보호합니다. 안트라센 성분은 전극 표면에서 불안정한 산소와 먼저 결합해 활성산소가 생기는 것을 막습니다. 이미 만들어진 활성산소까지 포획해 제거하는 이중 안전장치를 갖추고 있죠.
또 다른 핵심 성분인 니트릴기는 양극의 니켈 금속을 안정화하는 역할을 합니다. 니켈이 녹아나오거나 양극 구조가 변형되는 것을 방지하면서 배터리의 장기적 성능을 유지시켜 줍니다.
2.8배 길어진 수명
실험 결과는 이 기술의 효과를 뚜렷이 보여주고 있습니다. 새 전해질을 적용한 배터리는 4.55V의 고전압 조건에서 500회 충·방전을 거친 후에도 초기 용량의 81%를 유지했습니다. 이는 기존 배터리가 180회 충·방전만에 용량이 80% 이하로 떨어지는 것과 비교하면 획기적인 개선입니다.
안전성 측면에서도 큰 진전이 있었습니다. 배터리 부풀음 현상이 기존 대비 약 6분의 1 수준으로 줄어들었는데요, 이는 실제 운용에서 훨씬 더 안전한 배터리 개발이 가능해졌음을 의미합니다.
미래 에너지 저장 장치로의 확장
이 기술의 의미는 전기차 배터리만을 넘어섭니다. 송현곤 교수는 "고전압 배터리의 산소 반응을 전해질 설계 단계에서 직접 제어할 수 있음을 입증했다"고 설명합니다. 이 원리는 항공우주용 경량 리튬이온전지와 대용량 에너지저장장치(ESS) 개발에도 응용될 수 있을 것으로 보입니다.
특히 ESS는 대규모 에너지를 저장해야 하기 때문에 안정성과 수명이 특히 중요한데, 이번 개발된 기술이 그러한 요구사항을 충족시킬 수 있을 것으로 기대되고 있습니다. 이 연구 성과는 이미 에너지 재료 분야의 국제학술지 '어드밴스드 에너지 머티리얼스'에 게재되며 국제적인 주목을 받고 있습니다.