전기차 리튬이온베터리에 소화제 성분을 추가해 열폭주 화재를 원천 차단하는 기술이 개발돼 화제다.
리튬이온배터리 화재는 전해액으로 사용되는 카보네이트계 유기용매가 쉽게 발화하는 특징이 원인 중 하나다.
때문에 이 전해액을 난연성으로 바꾸려는 시도가 있지만, 아직 계면 안정성이 확보되지 않아 배터리 성능이 저하되는 문제가 있다.
소화성능 첨가된 전기차 베터리 개발
한국연구재단은 충남대 송승완 교수팀이 한국전기연구원 도칠훈 박사, 한국기초과학연구원 이영주 박사와 공동연구로 전기자동차 리튬이온베터리에 소화제 성분을 추가해 열폭주 화재를 원천 차단하는 기술을 개발했다고 21일 밝혔다.
공동연구팀은 리튬이온배터리 열폭주를 억제하는 불소치환형 카보네이트계 유기용매 기반 난연성 전해액 기술을 확보했다.
연구팀은 불소, 인 등이 포함된 소재의 소화기능에 착안해 기존 발화점이 낮은 전해액을 불소치환형으로 설계, 자가소화되는 난연성 전해액을 개발했다.
배터리 내부 온도가 상승하면 음극 표면막(SEI)과 전해액이 열분해되고 각종 라디칼과 가스를 방출한다.
SEI는 배터리 초기 충방전 시 전해액 분해생성물에 의해 음극 표면에 형성되는 얇은 고체막으로, 배터리의 수명과 안전성에 영향을 준다.
연구팀이 개발한 불소치환형 유기용매는 이렇게 반응성 높은 수소 라디칼을 포획해 마치 소화기처럼 불을 끄거나 불이 안 나게 하는 역할을 한다.
실제 해당 유기용매를 기반으로 하는 난연성 전해액을 배터리에 적용했을 때 리튬이온배터리 음·양극 계면 안정성이 확보돼 SEI가 높은 열적 안정성을 보였다.
실험 결과 발화가 잘되는 기존 전해액을 난연성 전해액으로 교체 후 가속율열량계 측정으로 하이니켈 리튬이온배터리 열폭주 억제효과를 확인하고 600사이클 이상의 수명 향상효과를 검증했다.
송 교수는 “이번 연구는 기존 리튬이온배터리 열폭주를 억제하는 혁신기술”이라며 “원천특허를 기반으로 전기차 캐즘을 극복하는 등 리튬이온배터리가 필요한 모든 분야에 적용할 수 있을 것“이라고 설명했다.
한편, 이번 연구결과는 지난달 27일 국제학술지 ‘머티리얼즈 사이언스 & 엔지니어링 R-리포츠(Materials Science & Engineering R-Reports)’에 게재됐다.
