'리튬이온배터리에 전해액 첨가'…UNIST 장거리 전기차 성능높일 기술개발

최남순-곽상규 교수팀, 전해액·전극 계면 안정화 첨가제 개발

고용량 ·긴 수명 배터리 실현 가능…국제 학술지 게재

[울산=뉴시스] 구미현 기자 = UNIST 에너지 및 화학공학부 최남순·곽상규 교수팀은 전기차 배터리와 같은 '대용량 리튬이온전지'에 적합한 새로운 전해액 시스템을 개발했다. 사진은 곽상규·최남순 교수(왼쪽부터) 2020.03.17. (사진=UNIST 제공)[email protected]

[울산=뉴시스]구미현 기자 = 한 번 충전해 오래 달리는 장거리용 전기차의 배터리 성능을 높일 수 있는 기술이 나왔다. 현재 사용하는 리튬 이온 배터리 전해액에 소량의 첨가제만 추가해 용량과 수명을 늘렸다.

 UNIST(울산과학기술원)는 에너지 및 화학공학부의 최남순-곽상규 교수팀이 '고리형 아미노 실레인 계열 첨가제'를 추가한 고용량 리튬 이온 배터리용 전해액 시스템을 개발했다고 17일 밝혔다.

 이 첨가제는 전극 보호막을 공격하는 불순물 생성을 억제하는 동시에 양극에 새로운 보호막을 만드는 역할을 한다. 전체 전해액의 0.5% 수준만 더해도 양극과 음극을 보호하면서 배터리 성능을 높일 수 있는 기술이다.

 리튬 이온 배터리에서는 '리튬 이온'이 전극(양극/음극)을 오가며 충·방전한다. '전해액'은 리튬 이온이 지나다니는 통로면서, 그 자체가 전극 표면과 반응해 보호막도 만든다. 따라서 고용량 배터리용으로 전극 물질을 바꾸면 전해액 시스템도 달라져야 한다.

리튬염의 가수분해 및 산성화합물의 배터리 성능저하 메커니즘 (이미지=UNIST 제공)

 최남순 교수팀은 기존 전해액에 '아미노 실레인(Amino Silane) 작용기를 지닌 새로운 첨가제(TMS-ON)'을 추가해 기존 문제점을 극복했다.

 제1저자인 김고은 UNIST 박사(현 현대자동차 연구원)는 "산성 화합물은 배터리 양극뿐 아니라 음극의 보호막도 공격한다"며 "새로운 첨가제는 산성 화합물의 생성 자체를 억제하므로 음극까지 보호할 수 있다"고 설명했다.
 
 곽상규 교수팀은 계산을 통해 신규 첨가제(TMS-ON)의 작동 원리를 이론적으로 규명했다. 분석 결과 첨가제의 형태인 고리 모양이 리튬염의 분해를 억제하는 것으로 나타났다.

 최남순 교수는 "수명이 긴 리튬 이온 배터리를 만들려면, 전극 보호막 생성뿐만 아니라 보호막을 공격하는 물질을 제거할 수 있는 첨가제 기술이 필수적"이라며 "이번 연구로 '니켈 리치 양극'과 '흑연 음극'의 계면 구조 보호를 위한 전해액 첨가제의 새로운 역할에 대한 이해도 가능해졌다"고 연구 의미를 짚었다.

 이번 연구는 재료 분야의 국제 학술지 '어드벤스드 에너지 머터리얼스(Advanced Energy Materials)에 지난 3일자로 공개됐다.


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