상명대, 리튬이온 배터리 폭발 막는 '분리막' 개발 

- 강상욱 화학에너지공학전공 교수 연구팀, 신개념 분리막 개발

리튬이온 배터리 폭발 막는 신개념 분리막 신기술 개발 모식도. (자료제공: 상명대)

상명대학교(총장 홍성태)는 화학에너지공학전공 강상욱 교수 연구팀이 리튬이온 배터리 폭발을 방지하는 신개념 분리막 개발에 성공했다고 9월 12일 밝혔다.

전 세계적으로 리튬이온 배터리는 전기차, 휴대용 전자기기, 에너지 저장 장치 등 다양한 분야에서 핵심적이다. 그러나 여전히 분리막의 안전성 한계가 큰 걸림돌로 남아 있다.

기존의 폴리올레핀 분리막은 열적 안정성이 낮아 폭발·화재 위험이 존재했다. 현재 '세라믹 코팅'을 사용하고 있지만, 이는 고비용 공정이라는 단점이 있다.

이에 연구팀은 셀룰로오스 프로피오네이트(Cellulose Propanoate, CP)에 1,2,3-프로페인 트라이올(Propanetriol)을 결합한 뒤, 가스를 주입해 기공을 형성하는 새로운 방식을 고안했다.

특히 이산화탄소(CO₂)의 사중극자 모멘트(quadrupole moment) 특성이 핵심 역할을 했다. 실험 결과, CO₂는 질소(N₂)에 비해 낮은 압력(1.5 bar)에서도 기공 형성을 시작했고, CO₂ 처리 분리막의 경우N₂ 처리 분리막보다 더 높은 기공률을 보였다. 기공이 많아졌음에도 불구하고, 기존의 폴리올레핀 분리막보다 높은 열적 안정성을 보였다는 것이다.

분석 결과, 기공 형성 시 CP 고분자 사슬이 더 밀집된 구조와 강화된 안정성을 형성한다는 사실이 밝혀졌다. 또한, 분리막의 젖음성(wettability)이 63.3% 향상돼 전해질과의 친화성이 증가했다. 이는 향후 리튬이온 배터리 전도성 개선으로 이어질 가능성을 시사한다.

강 교수는 “이번 연구는 가스의 사중극자 모멘트를 활용해 기공 구조와 물리적 특성을 동시에 제어할 수 있는 새로운 방법을 제시한 것”이라고 설명했다.

이번 성과는 국제저명학술지인 ’국제생물고분자학회지(International Journal of Biological Macromolecules)‘ 9월호에 게재됐다.

[Ceramic Korea (세라믹뉴스)=이광호 ]