전기차 고전압 배터리의 수명을 늘리고, 폭발 위험을 줄인 젤 형태의 물질이 개발됐다.

울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 송현곤 교수팀과 한국화학연구원 정서현 박사, 한국전자기술연구원 황치현 박사팀이 공동으로 ‘안트라센 기반 반고체 젤 전해질’(An-PVA-CN)을 만들었다고 5일 밝혔다.

고전압 배터리는 4.4V 이상 전압으로 충전되는 리튬이온전지로 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·제거한다. 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 셈이다.

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

이번 연구는 UNIST 하이드로 스튜디오(Hydro*Studio)의 이노코어(InnoCore) 프로그램과 한국산업기술기획평가원, 한국화학연구원 프로젝트의 지원을 받았다. 연구 결과는 지난달 5일 에너지 재료 분야 국제학술지인 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼스’ 온라인판에 실렸다.