에너지

韓 연구진, ‘배터리 안정성 유지’ 음극용 촉매 소재 개발

디지털데일리 발행일 2021-02-03 13:30:08
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김도현
- 이상민 KERI 센터장·박민식 경희대 교수·이종원 DGIST 교수 주축

[디지털데일리 김도현 기자] 국내 연구진이 급속충전에도 배터리 성능과 안정성을 보장하는 ‘음극용 촉매 소재 및 코팅 기술’을 개발했다고 3일 밝혔다.

한국전기연구원(KERI) 차세대전지연구센터 이상민 센터장, 경희대 박민식 교수, 대구경북과학기술원(DGIST) 이종원 교수 등이 주축을 이뤄 해당 성과를 냈다.

리튬이온배터리는 리튬이온이 양극과 음극을 오가면서 전기 에너지를 저장 및 방전하는 원리다. 충전 시간을 줄이기 위해서는 리튬이온이 빠르게 이동해야 한다. 흑연은 이 과정에서 결정 구조 변화가 작아 전극 내에서 지속 반복적인 산화-환원 반응을 가능하게 한다.

하지만 급속충전 시 흑연 음극 표면에 리튬 금속이 석출(고체 표면 주위에 어떤 물질이 부착·응집하는 것)돼 배터리의 성능과 안정성을 낮추는 문제가 있었다.

연구진은 이를 해결하기 위해 ‘금속인화물 촉매 코팅 기술’을 개발했다. 개발한 촉매 소재가 다양한 연구 과정에서 석유화학 공정의 탈질·탈황 반응에 유용하게 쓰이는 것을 파악해 배터리 급속충전 시 전하 전달 반응에도 유사한 메커니즘이 작동될 것으로 보고 응용연구를 수행했다.

결과적으로 촉매 소재가 배터리 전해액 내 리튬이온의 탈용매화 반응을 돕고 전하 전달 반응을 촉진시키는 것을 알아냈다. 급속충전에도 배터리 수명이나 안전성에 영향을 미치지 않았다.

이상민 센터장은 “그동안 다양한 시도가 있었지만 고에너지 밀도 유지와 급속충전 성능 개선을 동시에 확보할 수 있는 소재 기술은 전무한 상황이었다”며 “KERI가 개발한 촉매 소재 및 코팅 기술은 배터리 내 리튬 석출의 가능성을 현저히 감소시켜 발열 위험을 낮춰주기 때문에 급속충전 시 성능과 안전성을 모두 보장해줄 수 있다”고 전했다.

<김도현 기자>dobest@ddaily.co.kr
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