흔히 먹는 젤리의 재료 '한천'으로 리튬 이차전지 성능 획기적 향상

포스텍 등 공동연구팀 열화현상 억제 분리막 개발에 성공

포스텍 박수진 교수

흔히 먹는 젤리의 재료로 알려진 한천을 이용해 전기자동차 등에 사용하는 이차전지 성능을 획기적으로 높이는 기술이 나왔다.

포스텍(포항공대) 화학과 박수진 교수, 송우진 박사팀은 울산과학기술원(UNIST) 최남순 교수, 한정구 박사, 신명수 연구원, 울산과학대 유승민 교수 등과 공동으로, 이차전지의 열화현상을 억제할 수 있는 한천 기반의 분리막을 개발했다.

또 이 기술을 이용해 고용량의 양극물질 기반 배터리에 적용해 고온에서도 안정적인 구동이 가능한 고출력의 리튬이온 전지도 생산했다. 이 같은 연구 성과는 세계적 권위지인 어드밴스드 에너지 머터리얼즈에 최근 게재했다.

그동안 유기 전해질 기반의 리튬 이차전지는 고온 환경에서 불안정한 반응을 보여 전해액이 흘러나오는 문제가 있었다. 이 때문에 고전압·고용량 리튬 이차전지가 고온에서 성능이 떨어져 전기차 상용화를 어렵게 했다.

연구팀은 배터리 열화현상을 해결하기 위해 물을 좋아하는 성질(친수성)을 가진 한천에 주목했다. 천연 해조류에서 추출한 한천을 가루로 만들어 물을 부으면 젤리처럼 변해 물을 붙잡아 둔다.

연구팀은 유기 실리콘계 화합물을 반응시켜 한천의 친수성을 조절, 균일한 구멍이 많은 고분자 막을 개발했다. 분리막은 유연하면서도 고온에서 열변형 없이 다공성 구조를 유지하는 특성을 보였다. 여기에다 한천을 이용해 전극을 물리적으로 안정화하는 양극재 바인더도 개발했다.

한천 기반 분리막과 바인더는 기존 리튬염 기반 전해질을 사용했음에도 불구하고 고온에서 불안정한 반응을 억제하고 용출된 양극 물질을 흡착해 안정성을 높였다.

또 음극 표면의 저항층 피막 형성을 억제하고 전해질에 잘 젖는 한천 장점 덕분에 리튬이온 전도성이 증가해 빠른 충전 성능도 보였다.

박수진 교수는 "값싼 한천을 이용해 만든 다기능성 분리막과 바인더는 다양한 고성능 전지에 적용할 수 있는 소재로 고온에서 안정적인 배터리 운용에 크게 기여할 것을 본다"고 말했다.