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포스텍 연구팀, 한천 활용해 고출력 차세대 전지 구현

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등록 2019-04-03 13:32:01
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【포항=뉴시스】 강진구 = 포스텍(총장 김도연)은 화학과 박수진(사진) 교수·송우진 박사팀이 UNIST 최남순 교수·한정구 박사·신명수 연구팀, 울산과학대학교 유승민 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 고온 배터리의 열화현상을 억제할 수 있는 한천 기반의 분리막을 개발했다고 3일 밝혔다.2019.04.03.(사진=포스텍 제공) photo@newsis.com
【포항=뉴시스】 강진구 기자 = 포스텍(총장 김도연)은 화학과 박수진 교수·송우진 박사팀이 울산과학기술원(UNIST) 최남순 교수·한정구 박사·신명수 연구팀, 울산과학대학교 유승민 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 고온 배터리의 열화현상을 억제할 수 있는 한천 기반의 분리막을 개발했다고 3일 밝혔다.

한천(寒天·agar)은 우무를 동결 탈수하거나 압착 탈수해 건조시킨 식품을 말하는데 통상 우뭇가사리와 개우무, 새발 등 우뭇가사리과의 해초로 만든다.

공동연구팀은 이를 고용량의 양극 물질(LMO, LNMO) 기반 배터리에 적용해 고온에서도 안정적인 구동이 가능한 고출력의 리튬이온 전지도 만들었다.

그 동안 유기 전해질 기반 리튬 이차전지는 고온 환경에서 불안정한 반응을 보이면서 양극 물질을 공격해 전해액이 용출되는 문제가 있어 왔다. 이 현상 때문에 고전압 고용량의 리튬 이차전지는 고온에서 성능이 약화돼 전기 자동차 상용화의 문제점으로 지적돼 왔다.

이에 연구팀은 이 같은 배터리 열화현상을 해결하기 위해 한천의 친수성에 주목했다. 천연 해조류에서 추출한 한천은 물을 좋아하는 친수성을 띠기 때문에 가루로 만들어 물을 부어 섞으면 탱글탱글한 젤리처럼 물을 붙들어두는 성질이 있다.

연구팀은 이런 한천의 성질을 활용하기 위해 유기 실리콘계 화합물을 반응시켜 한천의 친수성을 조절했고, 상을 분리하는 상전이(相轉移) 방법을 사용해 균일하면서도 구멍이 많이 있는 고분자 막을 개발했다.

이렇게 만들어진 분리막은 유연하면서도 고온에서 열변형 없이 다공성 구조를 유지하는 특성을 보였다. 연구팀은 이 한천을 이용해 전극을 물리적으로 안정화하는 역할의 양극재 바인더도 개발했다.

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【포항=뉴시스】 강진구 기자 = 포스텍(총장 김도연)은 화학과 박수진 교수·송우진 박사팀이 UNIST 최남순 교수·한정구 박사·신명수 연구팀, 울산과학대학교 유승민 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 고온 배터리의 열화현상을 억제할 수 있는 한천 기반의 분리막을 개발했다고 3일 밝혔다.사진은 연구흐름도.2019.04.03.(사진=포스텍 제공) photo@newsis.com
한천 기반의 고분자 분리막과 양극재 바인더는 기존에 사용하던 리튬염(LiPF6) 기반 전해질만 사용했음에도 고온에서 불안정한 반응을 억제하고 용출된 양극 물질을 흡착해 안정성을 높이는 것으로 나타났다.

그 동안 문제점으로 지적됐던 음극 표면의 저항층 피막형성을 억제하고, 전해질에 잘 젖는 한천의 장점 덕분에 리튬이온의 전도성도 증가해 빠른 충전과 방전에도 우수한 성능을 보이는 것으로 연구됐다.

이 연구 성과는 세계적 권위지인 어드밴스드 에너지 머터리얼즈(Advanced Energy Materials) 최근호에 게재됐다.이 연구는 글로벌 프론티어 사업의 지원으로 수행됐다.

박수진 포스텍 교수는 “값싼 한천을 이용해 만든 다기능성 분리막과 바인더는 다양한 고성능 전지에 적용할 수 있는 소재로 고온에서 안정적인 배터리 운용에 크게 기여할 것으로 기대된다”며 “또한 상전이 방법은 한천뿐만 아니라 다양한 분야에 적용할 수 있는 다공성 막 제작 기술로 자리 잡을 것으로 전망된다”고 말했다.


dr.kang@newsis.com
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