국내 연구진이 최근 전기차 배터리 등으로 주목을 받는 리튬 이차전지의 에너지 밀도와 안정성을 높이는 새로운 용매를 개발했다.

한국과학기술원(KAIST)은 울산과학기술원(UNIST)·고려대·경상국립대 등의 연구팀과 함께 4.4V(볼트)의 높은 전압에서도 리튬 금속 전지의 효율과 에너지를 유지하는 첨단 전해액 제조 기술을 개발했다고 19일 밝혔다.

기존 용매는 효율은 높았으나 전지로서 구동 가능한 전압에 한계가 있어 활용성이 떨어지는 문제점이 존재했다.

이에 연구팀은 높은 충전 전압에서도 안정적인 새로운 용매를 합성해 첨가제 기술과 접목함으로써 가역 효율을 극대화했다.
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가역 효율은 사이클마다 전지의 방전용량을 충전용량으로 나누어 퍼센테이지로 나타낸 값으로, 가역 효율이 높을수록 배터리 용량 손실이 적다.

새로운 배터리 용매의 가역 효율은 상온에서 200회 충전과 방전을 반복했을 때에도 99.9%의 배터리 용량을 유지하면서 높은 내구성을 증명했다.

상온 사이클 실험에서 균열이 발생하는 기존 전해액과 손상이 없는 신규 전해액 [KAIST 제공]

또 해당 기술은 리튬 대비 4.4V 높은 충전 전압 조건에서도 다른 전해액보다 약 5% 정도 높은 75.0%의 높은 방전용량 유지율을 보였다.

아울러 연구팀이 이번에 세계 최초로 합성 및 보고한 환형 설폰아마이드 계열 용매인 TFSPP가 기존 용매보다 우수한 안정성으로 전지 내부에 가스가 발생해 전지 압력을 높이는 문제를 억제했다고 밝혔다.

KAIST 최남순 교수는 "새로운 구조로 디자인된 TFSPP 용매는 기존 용매보다 열적 및 고전압 안정성이 매우 우수하고 전지 구동 중 전해액 분해를 최소화해 가스 발생 및 배터리 용량 손실을 최소화했다"라고 말했다.

이어 "고전압 리튬 금속 전지 실용화를 위한 전해액 설계에 새로운 이정표를 제시할 것"이라는 포부를 밝혔다.

한편 이번 연구 결과는 최근 국제 학술지 '어드밴스드 머티리얼즈' 온라인 호에 실렸다.