국내 연구진이 휴대용 전자기기 및 전기차 등의 리튬 이차전지 에너지 밀도를 높이고 고전압 구동 때도 안정성을 높여줄 용매를 개발했다. 한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 최남순 교수팀이 울산과학기술원(UNIST) 화학과 홍성유·서울대 화학생물공학부 이규태·고려대 화공생명공학과 곽상규·경상국립대 나노·신소재공학부 이태경 교수 연구팀과 함께 4.4V의 높은 충전 전압에서 리튬 금속 전지의 효율과 에너지를 유지하는 세계 최고 수준의 전해액 조성 기술을 개발했다고 19일 밝혔다. 연구팀은 구동할 수 있는 상한 전압 한계가 있는 용매들과 달리 높은 충전 전압에서 안정적으로 사용할 수 있는 새로운 용매를 합성하는 데 성공, 이를 첨가제 기술과 접목해 현저하게 향상된 가역 효율(상온 200회 99.9%)을 달성했다. 가역 효율은 사이클마다 전지의 방전용량을 충전용량으로 나눠 백분율로 나타낸 값으로, 가역 효율이 높을수록 사이클마다 배터리 용량 손실이 적은 것을 의미한다. 또 이 기술은 리튬 대비 4.4V 높은 충전 전압 조건에서 다른 전해액보다 약 5% 정도 높은 75.0%의 높은 방전용량 유지율을 보였다. 연구팀이 이번에 세계 최초로 합성 및 보고한 환형 설폰아
울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 이현욱 교수 연구팀이 금속 화합물을 활용한 전극 공정 기술을 개발해 리튬 금속 전지의 성능을 크게 향상시켰다고 25일 밝혔다. UNIST에 따르면 연구팀은 금속 플루오라이드 화합물을 이용해 금속 표면은 내화학성이 좋은 보호층으로, 내부는 리튬 원자의 이동성이 향상된 리튬 합금으로 이뤄진 전극 공정 기술을 개발했다. 리튬 금속은 높은 용량과 낮은 구동 전압으로 이상적인 차세대 음극재로 주목받고 있다. 그러나 전기화학적으로 증착된 리튬이 불균일한 수지상을 형성하거나 전해질과의 부수적인 반응으로 인해 수명이 짧고, 전기적 단락에 의한 화재 위험이 있다는 점이 단점이다. 특히 리튬을 전착(전기 분해로 전극 상에 물질이 형성하는 것)할 때 발생하는 새로운 리튬 표면은 지속해서 유기 전해질과 반응하는데, 이는 리튬 전해질에 손실을 입히고 두꺼운 피막층을 형성하게 해 성능을 크게 저하시킨다. 연구팀은 전지 성능 향상을 위해 낮은 열처리 조건에서도 리튬과 활발히 반응하는 금속 플루오라이드의 성질을 이용했다. 리튬 플루오라이드는 표면 보호층을 형성하면서 내부 리튬 합금을 전해질로부터 보호할 수 있게 된다. 이 리튬 합금 전극은 전
[첨단 헬로티] 전기차 보급이 늘면서 ‘고용량 배터리’에 대한 관심이 높다. 음극에 ‘리튬 금속’을 쓰는 ‘리튬 금속 전지’도 이러한 맥락에서 주목받고 있다. 그런데 이 전지는 리튬 금속의 반응성이 너무 커 안정성이 낮다는 게 문제였다. UNIST 연구팀은 이 문제를 전지 내 ‘전해액’으로 해결하는 기술이 선보였다. ▲ (왼쪽부터) 최남순, 곽상규 UNIST 교수 <사진 : UNIST> 배터리 수명과 출력 높이는 ‘이온 농축형 전해액’ 개발 최남순, 곽상규 UNIST 에너지 및 화학공학부 교수팀은 불소 원자를 포함하는 용매를 이용한 ‘이온 농축형 전해액’을 개발했다. 이 전해액은 리튬 금속 전지의 음극과 양극에 보호막을 고르게 형성해, 전체 배터리의 수명과 출력을 높였다. 리튬 금속 전지나 리튬 이온 전지의 충·방전은 ‘리튬 이온’이 양극과 음극을 오가며 일어난다. 이때 리튬 이온이 지나는 통로가 ‘전해액’인데, 전해액 자체가 전극(음극/양극) 표면에서 반응해 보호막
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