경북대학교 스마트모빌리티공학과 오지민 교수팀과 광운대 김민경 교수팀이 함께 차세대 배터리의 성능 저하 원인인 열화 현상을 규명하고, 이를 억제할 수 있는 새로운 전해질 최적화 기술을 찾아냈습니다.
차세대 리튬이온 배터리의 핵심 소재로 꼽히는 '단결정-니켈 층상 구조 산화물'은 높은 안정성과 에너지 밀도로 전기차·드론·로봇용 배터리에 활용될 가능성이 크지만, 사용 과정에서 전극 계면이 불안정해지고 입자가 부서지면서 성능이 빠르게 떨어지는 열화 문제가 있었어요.
연구팀은 전해질 첨가제의 조성을 최적화해 단결정 양극의 열화 문제를 해결할 수 있음을 증명했어요. 전해질에 인산리튬(LiPO₂F₂)과 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC)라는 첨가제를 함께 투입하면, 충·방전 초기 전극 표면에 불화리튬(LiF) 보호막이 형성돼 전극 열화를 효과적으로 억제한다는 사실을 밝혀낸거죠.
반면 첨가제가 없는 전해질에서는 전극 표면에 두껍고 갈라진 층이 생겨 반응이 불균일하게 진행되고, 이로 인해 전극 내부에 균열과 구조 붕괴가 나타나 결과적으로 배터리 용량이 빠르게 줄어드는 현상으로 이어졌어요.
오지민 교수는 “단결정 양극에서 발생하는 열화 메커니즘을 규명하고, 이를 전해질 최적화로 억제할 수 있음을 실험으로 입증했다”면서 “전기차와 드론, 로봇 등 고에너지밀도 배터리가 필요한 분야에서 장기 수명 확보에 크게 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔어요.
이번 연구는 경북대의 우수신임교원 정착연구비, 한국연구재단의 글로벌기초연구실지원사업과 산업통상자원부의 주력산업IT융합사업 지원으로 수행됐어요. 제1저자는 광운대 최수연 석사과정생, 교신저자는 경북대 오지민 교수와 광운대 김민경 교수예요.
연구 결과는 최근 공학 및 환경분야 이름 난 국제학술지 '화학 공학 저널(Chemical Engineering Journal)' 온라인판에 게재됐어요.
최정훈 기자 jhchoi@etnews.com