리튬이온배터리 화재 막는 전해액 기술, 국내 연구진이 개발

국내 연구진이 전기차 화재의 주요 원인으로 지목된 리튬이온배터리 열폭주 현상을 원천 차단할 수 있는 전해액 기술을 개발했다.

전해액에 소화기 역할을 하는 성분을 접목해 전기차 안전성 우려를 해소할 수 있는 혁신적 대안으로 기대를 모으고 있다.

한국연구재단은 21일 송승완 충남대 교수 연구팀이 도칠훈 한국전기연구원 책임연구원, 이영주 한국기초과학지원연구원 에너지소재연구그룹장과 공동으로 난연성 전해액 기술을 개발했다고 밝혔다.

이번 연구 성과는 국제학술지 ‘머티리얼즈 사이언스 & 엔지니어링 R-리포츠’에 게재됐다.

기존 리튬이온배터리는 전해액에 ‘카보네이트계 유기용매’를 사용해 화재에 취약하다는 단점이 있었다.

특히 열폭주 현상은 과열이나 충격 등에 의해 배터리 온도가 급격히 상승하면서 통제가 어려운 상태로 이어지며 화재와 폭발을 유발한다.

이를 방지하려는 연구는 있었지만 배터리 성능 저하라는 한계에 부딪혀 왔다.

공동 연구진은 이 문제 해결을 위해 전해액 성분 자체를 불소치환형으로 변경해 자가소화가 가능한 새로운 구조를 구현했다.

불소와 인 계열 소재를 활용해 수소 라디칼을 포획함으로써 화염 발생을 억제하는 방식이다.

불소가 배터리 내부에서 일종의 소화기처럼 작용하며 발화를 원천적으로 차단하는 셈이다.

새로운 전해액은 계면 안정성도 확보했다. 양극과 음극의 계면에서 열분해를 억제하며, 고온에서도 높은 안정성을 보였다.

기존 전해액과 교체해 가속율열량계로 측정한 결과 하이니켈 리튬이온배터리의 열폭주가 억제됐고, 배터리 수명은 600사이클 이상 연장됐다.

이는 난연 기술이 배터리 수명을 줄일 수 있다는 우려를 불식시키는 결과다.

송승완 교수는 “전기차에 탑재되는 기존 리튬이온배터리의 전해액을 난연성 전해액으로 전격 교체해 열폭주를 억제·방지하는 안전성 혁신 기술”이라며

추가로 “국내외 원천특허를 기반으로 리튬이온배터리가 필요한 모든 분야에 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

또 “이번 기술은 전기차 캐즘 극복에도 기여할 것”이라고 강조했다.

이번 기술은 향후 전기차뿐 아니라 노트북, 에너지 저장장치(ESS) 등 다양한 리튬이온배터리 기반 제품에도 폭넓게 적용될 수 있을 것으로 보인다.

배터리 화재로 인한 안전성 우려를 줄일 수 있는 현실적 해법이 제시됐다는 점에서 산업 전반에 미치는 파급력도 주목된다.

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신혜연 (karung2@sabanamedia.com) 기사제보