UNIST가 배터리를 오래 사용할 수 있는 첨가제를 개발했다. 불안정한 활성산소를 없앨 수 있어 대용량 배터리를 안정적으로 제작하는데 기여할 전망이다.
UNIST(총장 이용훈)는 송현곤·이현욱 에너지화학공학과 교수팀이 배터리 양극에서 발생하는 활성산소를 제어할 수 있는 생체반응 모방형 전해액 첨가제 '구아이아콜'을 개발했다고 5일 밝혔다.
'구아이아콜'은 인체 노화를 늦춰주는 항산화제처럼 배터리 안에서 발생하는 활성산소와 반응해 배터리 노화를 늦춘다. 제조 비용도 저렴해 1g당 1200원에 만들 수 있다.
전기차 및 대용량 에너지저장장치에 사용하는 배터리는 충·방전 과정에서 발생하는 활성산소 때문에 수명이 단축된다. 활성산소가 배터리 안에서 전기 에너지를 만들어내는 활물질을 용해하거나 배터리를 팽창시키는 등 배터리 성능저해 요인으로 작용하기 때문이다.
송 교수팀은 이 문제를 해결하기 위해 인체 항산화제에 주목했다. 인체 안에서 불균등화 반응(한 가지 반응물에서 산화와 환원이 동시에 일어나는 반응)으로 활성산소를 없애는 원리를 차용해 페놀류 항산화제로 항산화효소를 모방한 리튬이온 배터리용 첨가제 '구아이아콜'을 만들었다.
구아이아콜은 리튬화된 활성산소와 결합해 활성산소를 화학적으로 변하지 않는 '리튬 과산화물'과 '산소'로 바꿨다. 활성산소를 제거하면서 불균등화 반응을 촉진해 활성산소로 인한 나쁜 반응을 억제했다.
실험 결과, 구아이아콜을 전해액에 소량(0.3wt%) 첨가하면 활성산소와 반응해 전해액 분해를 막고 약 4배 정도 길게(65회 정도 충·방전) 배터리를 사용할 수 있다. 200회 충·방전 실험에서 70%까지 높은 용량 유지율을 나타냈다.
송현곤 교수는 “배터리 활성산소를 제어하기 위한 분자구조 개발은 물론 리튬 과잉 양극, 활성산소로 문제가 되는 다른 고용량 양극에 적용해 전기화학적 특성을 향상하는 데 도움이 될 것”이라고 말했다.
이번 연구 성과는 '앙게반테 케미' 10월 16일자 온라인, 11월 27일자 오프라인에 게재됐다. 과학기술정보통신부 한국연구재단과 삼성SDI가 연구를 지원했다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com