국립부경대, 차세대 에너지 기술 선도...능동형 분리막 개발

이온 농도 불균형 효과적 완화
이온 전달 수 기존 대비 2배 향상
고온·고전압서 안정적 성능 입증

국립부경대 조계용 교수팀이 개발한 능동형 분리막의 이온 환경 제어 및 배터리 성능 향상 메커니즘 이미지.(사진=국립부경대 제공)

전기차와 에너지저장장치의 핵심인 리튬 배터리의 화재 위험을 낮추고 수명을 늘릴 수 있는 혁신적인 분리막 기술이 공개됐다.

국립부경대 조계용 교수 연구팀은 고에너지 리튬 배터리의 안정성을 높이는 '능동형(Active) 분리막 기술'을 개발했다고 31일 밝혔다.

이번 연구는 분리막이 단순한 물리적 장벽을 넘어 배터리 내부 환경을 능동적으로 제어할 수 있음을 입증해 학계의 주목을 받고 있다.

◆ 전해질 분해 억제하는 능동형 구조 설계

리튬 기반 배터리는 충·방전 과정에서 전해질 분해로 인한 부산물이 발생해 성능 저하와 안전성 문제를 일으키는 한계가 있었다.

연구팀은 이를 해결하기 위해 전해질 음이온의 수송 거동을 정전기적으로 조절할 수 있는 새로운 분리막 구조를 설계했다.

불소계 고분자 소재와 아민계 기능기를 조합한 이 분리막은 전해질 내 부반응을 억제하고 이온 이동을 효율적으로 유도한다.

실험 결과 기존 상용 분리막 대비 리튬 이온 전달 수는 약 두 배, 확산 계수는 약 세 배 향상된 것으로 나타났다.

◆ 고온·고전압 등 극한 환경서도 안정성 입증

해당 기술을 적용한 배터리는 고온과 고전압 등 가혹한 조건에서도 안정적인 작동 성능을 보였다.

특히 장기 충·방전 환경에서도 전극과 전해질 사이의 계면상이 얇고 균일하게 유지되는 것이 확인돼 차세대 배터리 설계의 새로운 전략을 제시했다는 평가다.

박장우 연구원은 "이번 연구는 전극이나 전해질이 아닌 분리막 측면에서 배터리 내부 환경을 제어해 안정성을 높인 사례다"며 "차세대 고에너지 리튬 배터리의 상용화를 앞당기는 데 기여할 것"이라고 강조했다.

이번 연구 결과는 국제학술지 'Advanced Functional Materials' 3월호에 게재돼 기술적 가치를 인정받았다.

부산=김성욱 기자 attainuk0518@