경북대 연구팀, 리튬이온전지 열폭주 낮추는 전해질 기술 개발

(대구=뉴스1) 남승렬 기자 = 국내 공동 연구진이 고성능 전기차와 에너지저장장치(ESS)의 핵심 부품인 리튬이온전지의 화재와 열폭주 위험을 크게 낮출 수 있는 전해질 기술을 개발했다.

22일 경북대에 따르면 이 대학 스마트모빌리티공학과 오지민 교수팀이 KAIST(카이스트) 신소재공학과 서동화 교수팀, ETRI(한국전자통신연구원) 이명주 박사팀과 공동연구를 통해 고에너지 밀도를 유지하면서도 우수한 화재 안전성을 동시에 확보할 수 있는 비가연성 전해질 설계 기술을 개발했다.

리튬이온전지는 에너지 밀도가 높지만, 화재와 열폭주 위험이 약점으로 지적돼 왔다. 특히 고성능 전기차용 고니켈 양극 배터리는 가혹한 구동 환경에서 화재 가능성이 커 안전성 확보가 필수적이다.

연구팀은 기존 전해질에 보편적으로 사용돼 단가 면에서 유리한 불소계 첨가제(FEC, Fluoroethylene Carbonate)에 자체 개발한 난연성 첨가제(P2PFS)를 최적 비율로 혼합 적용해 전지 수명 손실이 없는 비가연성 전해질 시스템을 설계했다.

이 전해질 시스템은 발화 지연 능력을 평가하는 연소 시험에서 발화 지속 시간을 종전보다 절반 수준 이하로 크게 낮춰 화염에 노출돼도 불이 거의 붙지 않는 비가연성에 가까운 특성을 구현했다.

오지민 교수는 "단순히 난연 첨가제를 개발한 것이 아니라, 배터리 내부 산소 반응을 제어하는 열역학적 설계 원리를 제시한 연구"라며 "전기차, 로봇, 드론, 미래 항공 모빌리티 등 고안전성이 요구되는 다양한 분야에 적용할 수 있는 차세대 전해질 설계 플랫폼으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단(NRF)과 한국산업기술기획평가원(KEIT)의 지원을 받아 수행됐다.

교신저자는 경북대 오지민 교수와 KAIST 서동화 교수이며, 제1저자는 ETRI 이명주 박사와 KAIST 신욱선 연구원이다.

연구 결과는 재료과학 분야 국제 저명 학술지인 '스몰'(Small)에 온라인 게재됐다.

pdnamsy@news1.kr