배터리 폭발 막는 '분자 방탄조끼'...포스텍, 분리막 기술 개발 작성일 11-21 68 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="Y55VlE8BLl"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="8a42104a59dc5c11d81bcc6e36f6f7bb6ff26796c7fbd111d8f75573b1a6ee41" dmcf-pid="G11fSD6bRh" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="전기차 배터리로 널리 쓰이는 리튬이온전지를 대체할 전지로 리튬금속전지가 떠오르고 있다. 게티이미지뱅크 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202511/21/dongascience/20251121113951351uedc.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="WFT7woB3nS" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202511/21/dongascience/20251121113951351uedc.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 전기차 배터리로 널리 쓰이는 리튬이온전지를 대체할 전지로 리튬금속전지가 떠오르고 있다. 게티이미지뱅크 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="b95da43e2477b47ea8094c43e09f0b6157b695b0f06aacd8fbb3047a7d7500f2" dmcf-pid="Htt4vwPKRC" dmcf-ptype="general">국내 연구팀이 전기차 배터리 폭발 위험을 막고 수명을 2배 이상 늘리는 분리막 기술을 개발했다. 마치 얇은 방탄조끼가 앞뒤 양쪽 공격을 동시에 막아내듯 분자 한 겹 두께의 분리막이 양극과 음극을 동시에 보호하는 원리다.</p> <p contents-hash="b5addc494900f03cecf2958089022b4f6d9e9ce2758c184b4e456d81fcb50a12" dmcf-pid="XFF8TrQ9RI" dmcf-ptype="general">포스텍은 박수진 화학과 교수, 한동엽 화학과 박사후연구원, 이태경 경상국립대 나노신소재융합공학과 교수, 이지윤 경상국립대 연구원, 송규진 한국에너지기술연구원 박사후연구원 등 공동연구팀이 '분자조절 멤브레인(molecularly engineered membrane)' 기술을 개발했다고 21일 밝혔다. 연구 결과는 에너지 소재 분야 국제학술지인 '에너지 앤 인바이런먼털 사이언스(Energy & Environmental Science)'에 10월호에 실렸다. </p> <p contents-hash="60dec02698688d8f4718fa7cc5627782f85eeb058fa1042b05c8bcb90ee6b35a" dmcf-pid="Zqqd5SnQdO" dmcf-ptype="general">분자조절 멤브레인 기술은 특정 분자만 통과시키거나 전달 속도를 조절하거나 등의 방법으로 원자·분자·기도 수준에서 정확하게 막을 디자인해 사용하는 기술이다. </p> <p contents-hash="e43c363140cacc0b95393d228d0cf91bc8519bc0cdf69294bd7c75604cb16765" dmcf-pid="5BBJ1vLxes" dmcf-ptype="general">리튬금속전지가 차세대 전지로 주목받고 있다. 리튬금속전지는 리튬이온전지를 대체할 전지로 같은 크기에서 약 1.5배 더 많은 에너지를 담을 수 있다. 전기차 배터리를 한 번 충전했을 때 400km에서 650~700km로 늘릴 수 있다.</p> <p contents-hash="d0516e616db8f676bc2d62bd38ba9fdff956e01eeba8e9894f65ffdfa8fe7ead" dmcf-pid="1bbitToMJm" dmcf-ptype="general">리튬금속전지는 안전성이 문제다. 리튬금속전지를 충·방전할 때 리튬은 전극 표면에 고르게 쌓이지 않고 나뭇가지처럼 삐죽삐죽 자란다. 학계에서는 ‘덴드라이트(dendrite)’라 부른다. 동굴에서 종유석이 자라듯 자란 가지가 전극 사이 분리막을 뚫고 반대편까지 닿으면 배터리 안에서 합선이 일어나고 폭발이나 화재로 이어질 수 있다. </p> <p contents-hash="cf2c50cc7d1213a57f72f8da06d69a66d82324201bb51cec3ff0699e193633a1" dmcf-pid="tKKnFygRJr" dmcf-ptype="general">연구팀은 양극과 음극 사이 리튬금속전지의 분리막을 분자 수준에서 기능을 하도록 변형했다. 단순한 분리막 표면에 플루오린(-F)과 산소(-O) 기반 극성 작용기를 화학적으로 붙여 전극 경계면에서 일어나는 반응을 세밀하게 조절할 수 있도록 설계한 것이다. </p> <p contents-hash="71910d6b86ef63024bac7dd52e76887e367a2d7aff75aff64d2143b51329f59f" dmcf-pid="F99L3WaeLw" dmcf-ptype="general">그 결과 리튬 금속이 쌓이는 음극에서는 리튬 플루오라이드(LiF) 보호층이 고르게 만들어져 덴드라이트 생성을 막았다. 양극에서는 해로운 불화수소(HF) 생성을 차단해 전극이 무너지는 것을 막았다. 한 장의 얇은 분리막이 양극과 음극을 동시에 안정화하는 '이중 보호막' 역할을 한 것이다.</p> <p contents-hash="09d46ced91671a2d36740847447d0096bc739d9c1cf6953cc301b53478fba4bc" dmcf-pid="322o0YNdnD" dmcf-ptype="general">연구팀은 개발한 기술을 적용해 실제 전기차 구동 환경에 가까운 조건에서 실험했다. 55°C의 높은 온도와 적은 전해액, 얇은 리튬 음극이라는 까다로운 조건에서도 전지는 208회 충·방전 후 처음 용량의 80%를 유지하며 안정적으로 작동했다. 파우치형 전지로 만든 셀은 무게당 385.1와트시(Wh)/kg, 부피당 1135.6Wh/L의 높은 에너지 밀도를 기록했다. 지금 쓰이는 리튬이온전지(250Wh/kg, 650Wh/L)보다 각각 약 1.5배와 1.7배 높은 수치다. </p> <p contents-hash="f31e34c0484668044ca307e81fa024e9bce604f0d3f463adddb6258b7ba69adf" dmcf-pid="0VVgpGjJLE" dmcf-ptype="general">박수진 교수는 "연구는 분자 한 겹 설계만으로 리튬금속전지 양극과 음극을 동시에 안정화한 혁신적 사례다"며 "수명과 안정성, 에너지 밀도를 모두 높이면서 지금 있는 리튬이온전지 공정에도 바로 적용할 수 있는 실용적 성과다"라고 밝혔다.</p> <p contents-hash="35169546ef1c9c2aaead223bca08db36df492fbc954f78388b34f293881ee6f5" dmcf-pid="pffaUHAiek" dmcf-ptype="general">이태경 교수는 "밀도 범함수 이론 계산과 분자 동역학 시뮬레이션으로 분리막 안 작용기의 전자구조와 경계면 반응을 원자 수준에서 밝혔다"며 "이론적으로도 분자조절 멤브레인 안정화 효과를 입증했다"라고 설명했다.</p> <p contents-hash="fb32b5ebf16526adaf941c20ecdaceaf034930ed0f39284d6165b36429121979" dmcf-pid="U44NuXcnLc" dmcf-ptype="general">송규진 연구원은 "분자조절 멤브레인 기술은 에너지 저장장치 등 대형 전력망에도 쓸 수 있는 높은 내구성과 안전성을 갖춘 실용 기술"이라며 "친환경 고에너지 전지 상용화에 기여할 것으로 기대한다"고 말했다. </p> <p contents-hash="2272fd9e016e6b40e04ddfa11818973869a7f76f1ea7c2c66add8f3cae304023" dmcf-pid="u88j7ZkLeA" dmcf-ptype="general"><참고자료><br> -https://doi.org/10.1039/D5EE04968G</p> <p contents-hash="f852e0262636bdd06d1e1a9984cd3d03ed0abd1e4b7553ff07ed4a014100da03" dmcf-pid="766Az5EoLj" dmcf-ptype="general">[이채린 기자 rini113@donga.com]</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 동아사이언스. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 인기 여행 플랫폼 '클룩'의 칠전팔기 한국 성장기 11-21 다음 이노스페이스, 로켓 '한빛-나노' 발사일 12월 17일로 연기 11-21 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
