배터리 폭발 막는 '분자 방탄조끼'...포스텍, 분리막 기술 개발

국내 연구진이 전기차 배터리 폭발 위험을 예방하고 수명을 2배 이상 늘릴 수 있는 분자 수준의 ‘분자 설계막’ 기술을 개발했다. POSTECH(포항공과대학교)은 21일 박수진 화학과 교수 연구팀과 경상국립대, 한국에너지연구원 연구진이 공동으로 이 기술을 개발했다고 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지 Energy & Environmental Science 10월호에 게재됐다.

이 기술은 배터리 음극과 양극 사이의 분리막을 분자 수준에서 설계해 특정 분자만 통과시키거나 이동 속도를 조절하는 방식이다. 기존 리튬 금속 배터리는 리튬이 고르게 쌓이지 않고 나뭇가지처럼 뻗는 ‘덴드라이트’가 형성되면 단락으로 인해 폭발 위험이 있었다. 연구진은 분리막 표면에 플루오린(-F)과 산소(-O) 기반 극성 기능기를 부착해 리튬 플루오라이드(LiF) 보호층을 형성하고, 해로운 불화수소(HF) 생성을 막아 양극과 음극을 동시에 안정화했다.

실제 전기차 운행 환경과 유사한 조건에서 테스트한 결과, 배터리는 55℃ 고온, 얇은 리튬 음극, 소량 전해질 조건에서도 안정적으로 작동했으며, 208회 충·방전 후 초기 용량의 80%를 유지했다. 개발된 배터리는 중량당 385.1Wh/kg, 부피당 1135.6Wh/L의 높은 에너지 밀도를 기록해 기존 리튬이온 배터리 대비 각각 1.5배, 1.7배 향상됐다.

박수진 교수는 “한 개의 분자 설계만으로 리튬 금속 배터리의 음극과 양극을 동시에 안정화한 혁신적 성과”라며 “기존 리튬이온 배터리 공정에도 바로 적용 가능하다”고 밝혔다.

[발췌: 동아사이언스]