상명대, 휴대폰·전기차 배터리 폭발위험 크게 낮추는 기술 개발

▲상명대학교 전경

[에너지경제신문 김철훈 기자] 상명대학교 연구진이 스마트폰·전기자동차 등에 사용되는 리튬배터리의 폭발 위험을 크게 낮출 수 있는 혁신적인 기술을 개발했다.

상명대학교는 화학에너지공학전공 강상욱 교수 연구팀이 리튬배터리용으로 사용되는 기존 폴리올레핀 분리막의 단점인 낮은 열 안정성을 향상시키기 위한 혁신적인 제조공정을 개발하는데 성공했다고 밝혔다.

기존 기술로는 배터리의 온도가 어느 정도 올라가면 폭발하는 위험성을 갖고 있었는데, 이번 개발된 기술은 기존보다 배터리의 온도가 약 100도 정도 더 상승해도 폭발하지 않고 버틸 수 있는 획기적인 신기술이다.

연구진은 이를 통해 휴대폰, 전기차 등에서 발생하는 배터리 폭발위험을 현저히 낮추는 데 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

배터리 시장은 전기차, 이동통신, 가정용 전력저장, 에너지저장시스템(ESS) 등 다양한 분야의 수요 급증으로 매우 유망한 산업분야로 평가받는다.

또한 기존 주력 산업인 반도체, 자동차, 디스플레이, 가전, 석유화학제품, 바이오의약 등과 더불어 배터리분야는 우리나라 산업을 이끌 새로운 성장동력으로 자리매김하고 있다.

그러나 지속적으로 발생하는 배터리 화재사건은 에너지밀도 및 출력 향상 외에 안전성 향상 기술이 점점 더 중요해지고 있음을 시사하고 있다.

이런 상황에서 강상욱 교수 연구팀은 셀룰로오스 아세테이트(CA) 물질을 활용해 다공성 폴리머를 제조함으로써 폴리올레핀 분리막의 낮은 열 안정성 문제를 극복하고자 했으며, 이를 위해 CA 소재 내 부분 유연 영역을 형성하기 위해 글리콜산을 사용했다.

이 부분유연 영역에 적정 질소 압력을 가해 직진형에 가까운 다공성 분리막을 제조하는 데 성공했으며, 이는 안전성 증대 외에 리튬이온 전도도까지 향상시킬 수 있는 소재 및 제조공정이다.

연구팀은 제조된 분리막의 평균 구멍 크기가 150나노미터(㎚)이며 다공성이 77%라는 것을 확인했다. 이번 연구는 질소 압력을 활용해 작은 구멍을 가진 직진형 다공성 분리막을 제조할 수 있는 혁신적인 방법이 개발됐다는 점에서 의미가 있다.

또한, 개발된 소재 및 제조공정은 환경 친화적이며 이전 연구보다 저렴하게 대면적 분리막을 제조할 수 있는 잠재력도 보여주고 있다.

이번에 개발된 연구성과는 재료공학 분야의 세계 권위 국제학술지인 ‘카보하이드레이트 폴리머( Carbohydrate Polymers)’ 저널 2023년 12월호에 게재됐다.

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