고려대, 이차전지 충전성능 개선할 전해질 소재 개발

사진=고려대

[이데일리 신하영 기자] 고려대 연구진이 리튬이온전지의 충전성능을 개선할 전해질 소재를 개발했다.

고려대는 유동주(사진) 기계공학부 교수팀이 이러한 연구성과를 얻었다고 12일 밝혔다. 이번 연구는 미국 에너지부 산하 아르곤 국립 연구소와 공동으로 진행했다. 연구결과는 재료분야 저명 국제학술지(Advanced Energy Materials)에 4월 9일자로 게재됐다.

연구팀은 고속 충전이 가능하고 영하 40도에서도 구동이 가능한 전해질 소재를 개발했다. 전해질은 양극과 음극 사이에서 리튬이온을 원활히 전달하는 매개체 역할을 한다. 현재 상용화된 카보네이트 기반 전해질은 영하 20도 이하의 저온에선 리튬 이온을 전달하지 못하는 한계가 있다. 낮은 온도에서 전해질이 결빙, 전지를 작동시키지 못하기 때문이다.

연구팀이 개발한 전해질은 리튬이온전지의 고속 충전을 가능하게 했다. 종전의 전해질을 사용하면 고속 충전 시 리튬 금속이 석출되는 문제점이 있었다. 이로 인해 음극과 양극 사이를 전기적으로 단락시켜 화재가 발생할 공산이 컸다.

연구팀은 전해질 용매의 불소화를 통해 저온에서의 구동과 고속 충전을 가능하게 했다. 이번 연구에선 용매 분자 구조에서의 불소화에 따라 물리·화학·전기화학적 특성의 변화를 최초로 규명했으며 저온·고속 충전을 위한 최적의 불소화 용매를 도출하는 성과를 냈다. 이번 연구를 통해 개발된 불소화 전해질을 사용하면 기존 전해질에 비해 10분 완충조건에서 5배 이상의 용량을 구현할 수 있다. 또한 영하 20도 이하의 저온에서도 1.5배 이상의 용량을 구현하는 것으로 확인됐다.

유동주 고려대 교수는 “이번 연구를 통해 밝혀진 용매의 불소화 메커니즘은 리튬이온전지뿐만 아니라 차세대 전지로 알려진 리튬금속전지, 리튬황전지, 나트륨이온전지용 신규 전해질 개발로 이어질 것”이라고 말했다.