헬로티 이동재 기자 | 염료가 용량·수명 줄이고 화재 발생위험 높이는 부반응 억제 .. Nano Letters 게재 청바지 염료로 더 오래가고 안전한 대용량 배터리를 만드는 기술이 개발됐다. UNIST 에너지화학공학과 이현욱 교수팀이 프러시안 블루 염료를 배터리 분리막에 코팅해 배터리 수명과 안전성을 확보하는 기술을 개발했다. 프러시안 블루 염료는 청바지를 만들 때 쓰는 염료다. 개발된 기술은 분리막에 코팅된 염료가 양극에서 녹아 나온 전이금속 이온을 포집해 이 이온이 음극 쪽으로 흘러들어 가는 것을 막는 기술이다. 전이금속 이온이 분리막을 그대로 통과하게 되면 배터리 전해액이 고갈되고, 음극 표면에 원치 않는 물질이 끼는 것과 같은 부반응이 일어나 배터리 용량이 줄고 화재 위험이 커진다. 대용량 배터리 소재인 하이니켈 양극소재는 니켈을 비롯한 전이금속이 양극 밖으로 녹아나오는 용출 현상이 잘 일어난다. 용출된 이온이 음극으로 넘어가게 되면 다양한 배터리 부반응의 기폭제가 된다. 금속 이온이 음극에 달라붙어 전기 저항이 큰 얇은 막을 만들고, 전해액을 고갈시키는 부반응이 대표적이다. 전해액이 고갈되면 배터리 용량이 줄어드는 문제가 있다. 또 음극 표면에 생긴
헬로티 이동재 기자 | UNIST 에너지화학공학과의 조재필 특훈교수가 창업한 에스엠랩에서 비싼 코발트의 함량은 1% 미만으로 줄이고, 니켈 함량을 98%까지 끌어올린 전기차 배터리용 양극재를 개발했다. 니켈 함량은 배터리 용량을 좌우하는 요소다. 니켈 함량이 80% 이상인 양극재는 흔히 ‘하이니켈 소재’라 불린다. 비싼 코발트 사용을 최소화하면서 높은 용량을 발현하므로 배터리 업계에서 주목받고 있다. 일반적으로 니켈 함량이 1% 늘어나면 소재 1kg당 용량은 2Ah가 증가한다. 니켈 함량을 90%에서 98%로 높이면 용량이 16Ah 증가하는 효과를 볼 수 있는 것이다. 에스엠랩의 CEO인 조재필 UNIST 특훈교수는 “전기차용 배터리에 일반적으로 사용되는 양극재의 양이 100kg인 점을 고려하면, 1600Ah만큼의 용량이 늘어나 주행거리 증대로 이어지는 것”이라며 “실제로 Ni98 양극재를 적용한 배터리 셀의 구현용량은 230Ah/kg”라고 설명했다. 배터리 용량이 늘어나면 수명 및 안정성은 줄어들 수 있다. 에스엠랩에서는 이 부분을 ‘세라믹 계열의 신규 코팅 물질’을 적용해 개선했다. 현재 상용화 중인 하이니켈 소재의 니켈 함량은 88~90% 정도이며, 양
헬로티 이동재 기자 | 전기차에 들어가는 이차전지는 계속해서 진화하고 있다. 테슬라가 연 전기차 시장이 폭발적으로 성장하면서, 기존에 내연기관차를 생산하던 완성차 업체들도 잇따라 전기차 사업에 뛰어들었다. 갖가지 전기차 모델이 출시되면서 소비자들의 선택지는 늘었지만, 내연기관차와 비교해 주행거리, 안전성 등 성능이 불안정해 보인다는 점은 여전히 소비자들에게 불안요소다. 상기한 전기차의 성능은 탑재되는 배터리와 직결되는 문제다. 배터리 제조업체들은 끊임없이 배터리의 성능을 개선해야 하는 숙제를 떠안았다. 글로벌 배터리 시장에서 순위권을 다투고 있는 우리 기업들도 배터리 관련 R&D(연구·개발)에 많은 돈을 투자하고 있다. 본 지면에서는 국내 배터리 3사의 지난 1분기 R&D 진행 현황을 정리했다. LG에너지솔루션 국내 3사 중 글로벌 시장에서 가장 앞서 있는 LG에너지솔루션은 전기차 배터리, 스마트폰, 전동공구 등에 들어가는 소형 전지 분야와 전력망, 주택용 등에 사용되는 ESS 분야의 연구·개발을 통해 사업의 경쟁력을 강화하고 신규 사업영역을 지속적으로 발굴하고 있다. 특히 차세대 고용량/고안전성 소재, 전지 제조 공정 고도화 등과 같은 당사의
[헬로티] UNIST 연구진, 고용량 전극 보호·고속충전 돕는 다기능 전해액 첨가제 개발 (출처 : UNIST) 대용량 전기차 배터리의 수명 문제를 미량의 첨가제로 해결한 연구가 나왔다. UNIST 에너지화학공학과의 최남순·곽상규 교수와 화학과 홍성유 교수팀이 대용량 리튬이온배터리 개발의 난제로 꼽혀 온 전극 소재의 불안정성을 해결할 수 있는 배터리 전해액 첨가제를 개발했다. 연구 결과, 수백회 충·방전에도 배터리 초기 용량의 80% 이상을 유지했는데, 이는 상용화된 최고 수준의 첨가제를 뛰어넘는 성능이다. 전기차를 비롯한 대용량 배터리 수요가 늘면서 상용 리튬이온배터리의 전극을 고용량 소재인 실리콘과 하이니켈로 대체하려는 연구가 활발하다. 하지만 실리콘 음극은 충·방전시 부피가 3배 이상 늘었다 주는 것이 반복돼 기계적 내구성 약하며, 하이니켈 양극 또한 화학적으로 불안정한 문제가 있다. 개발된 첨가제가 실리콘 혼합 음극 표면에 만든 보호막은 고무줄처럼 유연하고 신축성이 좋을 뿐만 아니라 리튬이온 투과성(이동성)이 뛰어나 실리콘의 반복적 부피변화에 의한 기계적 과부하를 줄인다. 또 첨가제는 전해액 속 불산(
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