리튬이온배터리 첨가제의 핵심기능 모식도.[UNIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 한 번 충전해 오래 달리는 장거리용 전기차 배터리 구현을 가능케할 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 현재 사용하는 리튬 이온 배터리의 구성요소 중 전해액에 소량의 첨가제만 추가해 용량과 수명을 늘린 방식이다.

울산과학기술원(UNIST)은 에너지 및 화학공학부 최남순-곽상규 교수팀이 ‘고리형 아미노 실레인 계열 첨가제’를 추가한 고용량 리튬 이온 배터리용 전해액 시스템을 개발했다. 이 첨가제는 전극 보호막을 공격하는 불순물 생성을 억제하는 동시에 양극에 새로운 보호막을 만드는 역할을 한다. 전체 전해액의 0.5% 수준만 더해도 양극과 음극을 보호하면서 배터리 성능을 높일 수 있는 획기적인 기술이다.

최남순 교수팀은 기존 전해액에 ‘아미노 실레인(Amino Silane) 작용기를 지닌 새로운 첨가제(TMS-ON)’을 추가했다. TMS-ON 첨가제는 전극 보호막을 파괴하는 산성 화합물 생성을 근본적으로 억제하며 소량으로 생성된 산성 화합물까지 제거한다. 또 양극 표면에 새로운 보호막 만들어 전극을 구조적으로 보호할 뿐만 아니라 전이금속이 전극 밖으로 나오는 것도 막는다.

곽상규 교수는 계산을 통해 신규 첨가제의 작동 원리를 이론적으로 규명했다. 분석 결과 첨가제의 형태인 고리 모양이 리튬염의 분해를 억제하는 것으로 나타났다. 또 첨가제 속에 포함된 ‘비공유 전자를 갖는 질소(N)’가 리튬이 분해되면서 만들어지는 오불화인산(PF₅)를 안정화해 불화수소(HF)의 생성 자체를 막는다.

최남순 교수는 “수명이 긴 리튬 이온 배터리를 만들려면, 전극 보호막 생성뿐만 아니라 보호막을 공격하는 물질을 제거할 수 있는 첨가제 기술이 필수적”이라며 “이번 연구로 전해액 첨가제의 새로운 역할에 대한 이해도 가능해졌다”고 연구 의미를 짚었다.

이번 연구성과는 재료 분야 국제학술지 ‘어드벤스드 에너지 머터리얼스’ 3월 3일자로 공개됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com