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스탠포드 연구팀, 화재 방지 차세대 리튬 배터리 발견
무게 당 에너지 10배 이상 저장 가능해 전기자동차에 유용
2015년 06월 24일 (수) 인터넷뉴스팀 news@energykorea.co.kr
   
 

[에너지코리아뉴스] 차세대 배터리의 안전을 개선할 수 있는 연구에서 리튬 금속 배터리의 전해질에 두 가지 화학물질 첨가가 배터리를 단락시키고 과열되게 하며, 때대로 화재를 일으키는 배터리 가운데를 뚫는 덴드라이트 형성을 막는다는 것이 발견됐다.

네이쳐 커뮤니케이션스에 게재된 발견들은 소비자 전자제품과 전기 자동차에서 현재 이용되는 배터리에 비해 무게 당 에너지를 10 배 이상 저장할 수 있는 미래 기술로 유망한 리튬-황과 리튬-공기 배터리 개발의 주된 장벽을 제거하는데 도움을 줄 것으로 예상된다.

스탠포드 대학과 에너지부 SLAC 국립 가속기 연구소 부교수인 쿠이 박사는 “이 배터리가 오늘날 재충전가능 배터리에 비해 훨씬 더 가벼울 수 있기 때문에 장거리 전기 자동차를 위해 많은 잠재성을 가지고 있다”고 말했다.

그러나 이런 배터리가 폭넓게 사용되는데 장애가 되는 것은 최근의 리튬 이온 배터리 내에서 과열과 가끔 화재를 일으키는 주범인 덴드라이트를 형성시키는 경향이 있다는 것이다.

덴드라이트는 배터리 전극이 저하되고 금속 이온들이 전극 표면에 증착될 때 형성된다. 이 핑거형 증착물은 배터리 중간에 걸쳐 장벽을 뚫을 때까지 길어질 때 전기 단락, 과열, 화재의 원인으로 작용할 수 있다.

이전 연구에서 쿠이 박사와 연구팀은 덴드라이트가 장벽을 뚫기 시작할 때를 감지하는 스마트 리튬 이온 배터리를 개발해 배터리가 이런 상황으로 위험이 처하기 전에 교체될 수 있다고 보고했다. 이는 휴대폰, 노트북 컴퓨터와 다른 소자들, 전기 자동차와 비행기 내에서 현재 사용되는 수백만 배터리들에 대한 해법을 제공할 수 있다.

새로운 연구는 아직 시장에 선보이지 않고 덴드라이트 형성을 막기 위해 전해질에 화학물질들을 첨가하는 다른 접금법을 제시해 배터리 기술들을 개선하고 있다.

연구팀은 이 화합물의 결합된 효과가 전에 연구되지 않았다는 것을 확인하고 화학물질들이 함께 전극과 전해질 사이 안정되고 고체인 계면을 형성하기 위해 리튬 금속과 잠재적으로 반응할 수 있다는 것을 깨달았다. 또한 적당한 양으로 두 화학물질들을 첨가할 때 리튬 덴드라이트 형성이 멈추고 대신 무해한 팬케이크형 증착물이 성장했다는 것을 발견했다.

쿠이 박사 연구실의 박사후 연구원이자 논문의 주 저자인 피오나 리 박사는 “시험들에서 두 화학물질들을 모두 가진 배터리는 리튬 질산염만을 가지고 처리된 배터리의 150주기 후 현격한 효율 저하에 비해 300 충전-방전 주기 이상에서 99% 효율로 작동되었다”고 밝혔다. 또 “이 해법이 리튬 금속 배터리에 관련된 모든 문제들을 완벽히 해결하지 못하지만 이는 중요한 단계”라고 덧붙여 말했다.

매사추세츠 공대 교수인 엣밍 치앙 박사는 공동으로 연구에 참여해 “다음 단계가 이 접근법이 실용적인 배터리에 근접한 더 큰 형태의 전지들에서 덴드라이트 형성을 막을 수 있다는 것을 보이는 것”이라며 “덴드라이트 형성을 막는 것이 이런 배터리들이 성공하는 지름길”이라고 전했다.

출처: KISTI

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