에너지 밀도가 높은 노트북 PC나 스마트폰, 전기자동차 등에 사용되는 리튬-이온 배터리는 유기 전해액을 사용하기 때문에 화재나 폭발 사고가 끊이지 않고 있다. 최근 미국에서 높은 전압 유지와 안전성이라는 두 마리 토끼를 잡는 수성 리튬-이온 배터리의 개발에 성공했다고 기가진(GIGAZINE)이 10일(현지 시간) 전했다.
메릴랜드대학과 미국 육군연구소의 공동 연구팀은 2015년에 수계 전해액을 이용한 수성 리튬-이온 배터리로 3.0볼트의 높은 전압을 내는 데 성공했다. 하지만 흑연 또는 리튬 금속으로 된 양극이 수계 전해액에 의해 부식되어 '음극 도전(cathodic challenge)'이라는 현상을 일으켜 실용화의 벽을 넘을 수 없었다.
하지만 최근 연구팀은 양극을 소수성 전해질 겔 중합체로 덮어 물 분자를 전극 표면으로부터 축출함과 동시에, 충전 시 분해되어 고체 전해질과 양극을 분리하는 '인터페이즈(interphase)'라는 중간 단계를 만들 수 있는 코팅 방법을 개발해 수성 리튬-이온 배터리의 실용화에 성공했다고 발표했다.
연구팀은 "이 겔 코팅에 의해 음극 도전의 발생을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 4.0볼트라는 매우 높은 전압을 얻을 수 있다. 수성 리튬-이온에 의한 안전성과 유기 전해액을 사용한 일반적인 리튬-이온 배터리에 뒤지지 않는 높은 출력을 유지했다는 데 의의가 있다"고 연구 성과를 설명했다.
또한 작성한 겔 폴리머 코팅 수성 리튬-이온 배터리는 부러지거나 굽힘 등에 의한 손상에 의해서도 흑연의 양극이 천천히 반응하기 때문에 화재나 폭발 위험을 피할 수 있는 것으로 알려졌다.
미국 육군연구소는 "수성 리튬-이온 전지의 충·방전 사이클은 현재 50~100회 정도이지만 유기 전해액 리튬-이온과 같은 500회 이상을 목표로 개량을 계속할 예정이며, 5년 내에 상업화에 성공할 수 있을 것"이라고 밝혔다.
김길수 기자 gskim@g-enews.com