KAIST 연구팀, 배터리 초고속 충전 '전해질' 신소재 개발

(대전ㆍ충남=뉴스1) 양상인 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 최남순·홍승범 교수 공동 연구팀이 상온에서도 15분 이내에 전기차 리튬이온 배터리를 충전할 수 있는 전해질 기술을 개발했다고 17일 밝혔다.

배터리의 전해질은 충전 과정에서 리튬이온을 양극에서 음극으로 효율적으로 전달해 전지의 충전 속도와 용량 유지율 등 성능을 결정짓는 핵심 역할을 한다.

현재 리튬이온배터리에 사용되는 에틸렌 카보네이트(EC) 전해질은 높은 점성과 강한 용매화 특성으로 고속 충전 시 리튬 이온과 강하게 결합해 음극 계면 층에서 리튬 이온 이동을 방해하는 단점이 있다.

또한 음극 표면과 분리막 접촉 부위에 리튬이 전착되면서 배터리 수명을 단축시키고 화재 위험이 높은 한계가 있었다.

연구팀은 이를 해결하기 위해 EC를 대체할 새로운 전해질 용매 '아이소부티로니트릴'(isoBN)을 개발했다.

isoBN 전해질은 EC 대비 55% 낮은 점성과 54% 높은 이온전도도를 가져 리튬 이온 이동성을 크게 높였다.

실험 결과 isoBN 전해질을 적용한 배터리는 15분 고속 충전을 300차례 반복한 후에도 음극 상단부에 리튬 전착 없이 94.2%의 높은 용량 유지율을 나타냈다.

또한 연구팀은 전기화학적 변형 현미경을 통해 isoBN 전해질이 음극 계면 층의 결정립 크기를 감소시키고 리튬 이온의 이동을 촉진한다는 사실을 세계 최초로 영상화를 통해 입증했다.

최 교수는 "리튬이온전지 충전 속도를 획기적으로 높이는 기술을 확보했다"며 "전기차뿐만 아니라 드론, 에너지 저장 장치(ESS), 우주항공 분야까지 다양한 산업에서 활용될 것으로 기대된다"고 밝혔다.

이번 연구는 국제 학술지 '어드밴스드 머티리얼스'에 게재됐다.

ysaint8609@news1.kr