안트라센 기반 젤 전해질의 작용 원리 [UNIST 제공. 재판매 및 DB 금지]

(울산=연합뉴스) 김근주 기자 = 전기차 배터리 수명을 늘리고 폭발 위험은 줄이는 젤 형태 물질이 개발됐다.

울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 송현곤 교수팀이 한국화학연구원 정서현 박사, 한국전자기술연구원 황치현 박사팀과 함께 '안트라센 기반 반고체 젤 전해질'(An-PVA-CN)을 만들었다고 5일 밝혔다.

이 물질은 고전압으로 배터리를 충전할 때 전극에서 활성산소가 새어 나오는 반응을 원천 봉쇄한다.

4.4V 이상 전압으로 충전되는 리튬이온전지(고전압 배터리)는 많은 전기를 저장할 수 있어 배터리팩을 가볍게 만들 수 있다.

하지만 충전전압이 높아질수록 하이니켈 양극의 산소가 활성산소로 변해 가스를 발생시켜 배터리 폭발 위험을 높이고 수명을 단축한다.

이번에 개발된 전해질의 안트라센(An)은 전극 표면의 불안정한 산소와 결합함으로써 활성산소 발생을 차단·제거한다고 연구진은 밝혔다.

전해질의 또 다른 성분인 니트릴(-CN) 작용기는 양극의 니켈 금속을 안정화해 니켈이 녹아 나오거나 양극 구조가 변형되는 것을 막아준다.

새 전해질을 적용한 배터리는 4.55V 고압 충전 조건에서 500회 충·방전 후에도 초기 용량의 81%를 유지했지만, 기존 배터리는 180회 사이클 만에 초기 용량의 80% 이하로 떨어졌다.

배터리 용량이 초기의 80% 이하로 떨어지면 수명이 다했다고 보기 때문에 수명이 2.8배 증가한 셈이라고 연구진은 설명했다.

송현곤 교수는 "고전압 배터리의 산소 반응을 '전해질 설계' 단계에서 직접 제어할 수 있다는 점을 보여줬다"며 "이 원리는 향후 항공우주용 경량 리튬이온전지와 대용량 에너지저장장치(ESS) 개발에도 응용될 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구는 지난달 5일 에너지 재료 분야 국제학술지인 '어드밴스드 에너지 머티리얼스'(Advanced Energy Materials) 온라인판에 실렸다.

안트라센 기반 젤 전해질 개발한 연구진 왼쪽부터 송현곤 UNIST 교수, 정서현 한국화학연구원 박사, 황치현 한국전자기술연구원 박사, 이정인 UNIST 연구원 [UNIST 제공. 재판매 및 DB 금지]

canto@yna.co.kr

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