전기차 배터리 화재, 손쉽게 예방한다!

불연성 젤 전해질의 작동 원리. (자료제공: UNIST)

불에 타지 않는 불연성 반고체 전해질이 개발됐다. 지하 주차장을 위협하는 전기 자동차의 배터리 화재 문제가 해결될 전망이다.
울산과학기술원(UNIST, 총장 이용훈)은 에너지화학공학과 송현곤 교수, 한국화학연구원 정밀화학연구센터 정서현 박사, 한국에너지기술연구원 울산차세대전지 연구개발센터 김태희 박사 공동 연구팀이 배터리 내에서 분자 결합이 가능한 ‘불연성 고분자 반고체 전해질’을 개발해 배터리에서 발생할 수 있는 화재를 효과적으로 억제시켰다고 지난달 17일 밝혔다.
현재까지 불연성 전해질에는 과량의 난연 첨가제를 사용하거나 매우 높은 끓는점을 가진 용매 사용했다. 이는 전해질의 이온 전도도를 급격하게 감소시키는 등 여러 단점이 존재했다.
연구팀은 전해질에 미량의 고분자(2wt.%)를 첨가해 ‘반고체 전해질’을 만들었다. 만들어진 고분자 반고체 전해질은 기존 액체 전해질 대비 33% 높은 리튬 이온 전도도(4.8 mS/cm)를 보였다. 이를 활용한 파우치형 배터리는 SEI 층이 형성돼 구동할 때 발생하는 전해질의 불필요한 반응을 막아 110% 향상된 수명 특성을 보였다.
우수한 전해질 성능과 동시에 불연성을 가지는 이유는 연소과정 중 연료와 라디칼 연쇄 반응을 억제할 수 있기 때문이다. 라디칼은 하나의 전자를 가지는 원자 혹은 분자로 매우 불안정한 특성을 보인다. 연구팀은 라디칼을 안정화할 수 있는 수치를 정량적으로 분석하고 이를 억제함으로써 개발한 고분자의 우수성을 다시 한번 입증했다.
송현곤 에너지화학공학과 교수는 “UNIST 연구팀은 전기화학, 한국화학연구원 정밀화학연구센터는 고분자의 합성, 한국에너지기술연구원 울산차세대전지 연구개발센터는 배터리의 안전성 실험을 진행하는 등 3개 기관의 협업으로 이뤄졌다”며 “고분자를 활용한 불연성 반고체 전해질은 기존 배터리 조립 공정에도 바로 적용 가능해 추후 불연성 배터리의 상용화를 가속화시킬 것”이라고 말했다.
과학기술정보통신부 한국연구재단, 한국산업기술기획평가원, 한국화학연구원과 삼성 SDI의 지원으로 이뤄진 이번 연구는 국내 5건, 해외 2건의 특허를 출원했으며 에너지 분야의 권위 학술지인 ‘ACS Energy Letters’의 표지 논문으로 선정돼 10월 13일 온라인 게재됐다.