스마트폰· 전기차 "화재· 폭발사고 걱정마"… 美, 안전성+고전압 '수성 리튬-이온 배터리' 개발 성공

부러지거나 굽힘 등에 의한 손상에서도 화재나 폭발 위험 없어

기사입력 : 2017-09-11 10:50

  • 인쇄
  • 폰트 크기 작게
  • 폰트 크기 크게
공유 0
  • 페이스북 공유하기
  • 트위터 공유하기
  • 카카오스토리 공유하기
  • 구글플러스 공유하기










center
메릴랜드대학과 미국 육군연구소의 공동 연구팀이 수성 리튬-이온 배터리의 실용화에 성공했다. 자료=기가진

[글로벌이코노믹 김길수 기자]
리튬-이온 배터리를 장착한 전자기기의 폭발이 증가하고 있는 가운데 높은 전압을 유지하면서도 안전성을 확보한 수성 리튬-이온 배터리의 개발에 성공했다.

에너지 밀도가 높은 노트북 PC나 스마트폰, 전기자동차 등에 사용되는 리튬-이온 배터리는 유기 전해액을 사용하기 때문에 화재나 폭발 사고가 끊이지 않고 있다. 최근 미국에서 높은 전압 유지와 안전성이라는 두 마리 토끼를 잡는 수성 리튬-이온 배터리의 개발에 성공했다고 기가진(GIGAZINE)이 10일(현지 시간) 전했다.

이미 실용화된 리튬-이온 배터리는 유기 용매의 전해액을 이용하고 있기 때문에 열이나 변형에 의해 쉽게 용매가 발화해 화재나 폭발 사고가 발생한다. 따라서 안전성을 생각하면 니켈-수소 배터리와 같은 수성 전해액을 사용하는 것이 유리하다. 그런데 수성 리튬-이온 배터리는 높은 전압을 낼 수 없다는 단점이 있다. 즉, 성능과 안전성은 서로 양립할 수 없었던 것이다.

메릴랜드대학과 미국 육군연구소의 공동 연구팀은 2015년에 수계 전해액을 이용한 수성 리튬-이온 배터리로 3.0볼트의 높은 전압을 내는 데 성공했다. 하지만 흑연 또는 리튬 금속으로 된 양극이 수계 전해액에 의해 부식되어 '음극 도전(cathodic challenge)'이라는 현상을 일으켜 실용화의 벽을 넘을 수 없었다.

하지만 최근 연구팀은 양극을 소수성 전해질 겔 중합체로 덮어 물 분자를 전극 표면으로부터 축출함과 동시에, 충전 시 분해되어 고체 전해질과 양극을 분리하는 '인터페이즈(interphase)'라는 중간 단계를 만들 수 있는 코팅 방법을 개발해 수성 리튬-이온 배터리의 실용화에 성공했다고 발표했다.

연구팀은 "이 겔 코팅에 의해 음극 도전의 발생을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 4.0볼트라는 매우 높은 전압을 얻을 수 있다. 수성 리튬-이온에 의한 안전성과 유기 전해액을 사용한 일반적인 리튬-이온 배터리에 뒤지지 않는 높은 출력을 유지했다는 데 의의가 있다"고 연구 성과를 설명했다.

또한 작성한 겔 폴리머 코팅 수성 리튬-이온 배터리는 부러지거나 굽힘 등에 의한 손상에 의해서도 흑연의 양극이 천천히 반응하기 때문에 화재나 폭발 위험을 피할 수 있는 것으로 알려졌다.

미국 육군연구소는 "수성 리튬-이온 전지의 충·방전 사이클은 현재 50~100회 정도이지만 유기 전해액 리튬-이온과 같은 500회 이상을 목표로 개량을 계속할 예정이며, 5년 내에 상업화에 성공할 수 있을 것"이라고 밝혔다.


김길수 기자 gskim@g-enews.com 김길수 기자가 쓴 기사 바로가기 →

오늘의 핫 뉴스

주요뉴스

미국 많이 본 기사

가장 많이 공유 된 기사

포토