2019년 노벨 화학상의 영예는 리튬이온 이차전지를 개발한 일본의 요시노 아키라 박사에게 돌아갔다. 이제 리튬이온 이차전지는 소형 IT기기에서 전기자동차에 이르기까지 전기 기기의 필수 에너지 원천이 됐다.

우리대학 화학공학과 유승민 교수는 포스텍 화학과 박수진 교수, 박사과정 손혜빈 씨와 공동연구를 통해 수분이 함유된 공기 중에서 파우치 배터리를 조립했을 때에도, 배터리가 안정적으로 구동하게 하는 다기능성 분리막(multi-functional separator)을 개발하는 데 성공했다고 29일 밝혔다.

이 연구는 한국연구재단 '불순물 수용체가 도입된 고온 싸이클 성능이 우수한 능동형 리튬 이차전지 분리막' 과제의 지원으로 우리대학 유승민 교수의 신진연구 과제로 수행됐으며, 연구 결과는 국제학술지 '에너지 스토리지 머티리얼즈(Energy Storage Materials)' 온라인판에 최근 소개됐다.

배터리 내부의 전해액은 물과 반응해 변질되기 쉬우므로 리튬이온 배터리를 제조할 때는 1% 이하의 습도 환경을 만들어주는 드라이 룸(dry room)에서 제조한다. 하지만 드라이 룸을 유지하는 데는 상당한 비용이 소요된다.

연구팀은 불순물을 포획할 수 있는 기능성 물질을 분리막 표면에 도입해 열적 안정성을 높이고, 배터리 성능을 향상시켰다.

제작된 다기능성 분리막은 우수한 내열성(140℃ 온도 조건에서 30분 저장 후 10% 내의 수축률, 일반 분리막: 50% 수축)을 보였고, 추가로 55℃ 고온에서 전기화학적 성능 향상(100회 충·방전 이후 초기 용량의 79% 유지)을 보였다. 또한, 불순물이 많이 존재하는 환경의 전해질에서 기능성 물질의 효과를 확인했다.

합성된 기능성 세라믹 표면의 실레인 화합물이 수분을 포획해 세라믹 구조를 잘 유지했지만, 일반적인 세라믹 물질은 산성화된 전해액으로 인해 부식된 것을 확인할 수 있었다.

더욱이, 이번 연구를 통해 드라이 룸이 아닌 대기 중에서 제작된 다기능성 분리막이 기존보다 뛰어난 수명 특성을 보이는 등 단순한 분리막의 역할을 넘어서 안정적인 성능을 제공하는 것을 확인했다.

배터리 분리막관련 연구를 계속해온 우리대학 유승민 교수는 "분리막 원단보다 세라믹 코팅층에 관심을 가졌으며, 이는 쉽게 분리막 시장에 적용이 가능하여 연구결과가 학계 뿐 아니라 산업계에도 임팩트가 클 것이라 판단된다"며, "배터리를 드라이 룸이 아닌 수분이 존재하는 대기 중에 제조하는 것은 세계 최초로, 배터리 원가 절감에 큰 역할을 할 것으로 기대한다"라고 밝혔다.