유니스트, 용매 혼합으로 배터리 수명 3배 높이는 전해액 개발

송현곤 UNIST 에너지화학공학과 교수. 유니스트 제공

용매 혼합으로 배터리 수명을 기존보다 3배 높일 수 있는 리튬금속배터리용 전해액을 국내 연구진이 개발했다.

울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 송현곤 교수와 카이스트(KAIST) 신소재공학과 서동화 교수팀이 리튬금속배터리 수명을 늘릴 수 있는 전해액을 개발했다고 12일 밝혔다.

리튬금속배터리는 리튬금속을 음극으로 사용해 전기에너지를 저장할 수 있는 차세대 배터리다. 하지만 리튬금속이 전해액과 불필요하게 반응하면서 용량이 빠르게 줄어드는 한계가 있었다.

연구팀은 이런 문제 해결을 위해 에틸렌카보네이트(EC)와 설폴레인(SL) 두 용매를 혼합해 고성능 전해액을 만들었다. 개발한 전해액을 적용한 하이니켈 양극 배터리는 150회 충·방전한 뒤에도 초기 용량의 약 80%를 유지했다. 기존 탄산염계 전해액과 비교하면 수명이 3배가량 늘어난 것이라고 연구팀은 설명했다.

연구팀이 만든 전해액에 포함된 두 용매는 리튬금속배터리에 부적합하다고 여겨졌던 것들이다. 두 용매가 리튬이온을 강하게 붙잡는 성질이 있기 때문이다. 그러나 두 용매를 섞자 용매 분자끼리 서로 끌어당기며 리튬이온과의 결합은 약해지는 현상이 나타났다. 연구팀은 이를 ‘협동 용매화’로 명명했다.

용매화는 용매 분자가 리튬이온을 둘러싸는 현상으로, 두 용매가 서로 영향을 주며 리튬이온과의 결합을 조절한다는 뜻이다.

송 교수는 “고가의 불소계 용매나 고농도 염에 의존하지 않고도 상용 용매를 이용해 전해액 성능을 높였다”며 “고용량 리튬금속배터리를 더 오래 사용하는 데 도움이 될 것”이라고 말했다.