토토사이트 위치학교 화학공학과 김경학 교수팀이 전기자동차 안정성의 주요 원인으로 지목되는 고체전해질막(SEI, Solid Electrolyte Interface)의 분해 메커니즘을 규명했다고, 토토사이트 위치가 17일 밝혔다. 해당 연구는 향후 높은 안정성의 리튬이온기반 배터리 개발 핵심기술로써 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

최근 전기자동차의 수요와 공급이 많아지면서 전기자동차의 에너지 공급 핵심 부품인 배터리의 성능과 더불어 안정성을 높이기 위한 연구가 활발히 진행 중이다. 특히 화재, 유독가스 배출 등과 같은 심각한 안전사고의 원인이 되는 열폭주는 중요한 연구 과제로써 그중에서도 전해질의 분해 문제가 가장 큰 원인이자 난제로 주목받고 있다.

전해질 분해 문제에서는 고체전해질막이 중요한 역할을 한다. 일반적인 액체 전해질을 활용하는 전지에서 리튬 양이온이 전해질을 따라 이동함으로써 전극과의 계면에서 전해질 사이에 얇은 층을 고체전해질막이라고 한다. 이렇게 생긴 막은 때때로 리튬 덴드라이트의 형성을 억제하여 긍정적으로 작용할 수 있으나, 불균일하게 막이 생기거나 여러 이유로 분해가 일어나면 전해액과 반응하여 소재의 분해가 일어나고 화재로 이어진다. 하지만 분해 과정 메커니즘과 고체전해질막 구성요소의 복잡성으로 인해 구체적인 연구가 이루어지지 못하여 문제 극복의 방향성이 부재했다.

이를 극복하기 위해 한양대 김경학 교수팀은 밀도범함수이론 (DFT, Density Functional Theory) 기반 시뮬레이션으로 음극 고체전해질막의 분해 메커니즘을 원자단위에서 규명했다. 또한, 음극 고체전해질막의 주요 구성요소인 lithium methyl carbonate (LMC)를 모델링하고 분해될 수 있는 경로들을 비교·분석하여 6단계의 과정으로 음극 고체전해질막의 분해가 이루어짐을 밝혀냈다.

특히, 각 분해반응 단계에서 중간체들의 적외선 분광법 기반 스펙트럼 시뮬레이션 결과와 연세대학교 홍종섭 교수팀의 실험 측정 결과가 일치하여, 고체전해질막의 분해 현상이 시뮬레이션을 통해 성공적으로 해석되었음을 확인했다. 이를 바탕으로 김 교수팀은 실험-이론 간의 협업을 통한 열폭주 현상 해석의 방법론을 제안하여 안정적 배터리 개발 핵심기술의 기반이 될 수 있는 메커니즘을 증명했다.

김경학 교수는 “전기자동차 시장의 더 큰 성장을 위해서는 ‘안정성 확보’가 중요하다”며 “배터리 열폭주를 방지하기 위해 안정적인 배터리 소재를 개발하도록 지속적으로 연구하겠다”고 전했다.

한국연구재단 선도연구센터의 지원을 받아 수행된 이번 연구는 에너지저장 소재 분야 국제학술지 「Energy Storage Materials(IF=18.9)」에 5월 25일 온라인 게재됐다. 해당 논문은 유효민 토토사이트 위치 석사과정 학생과 김민욱 연세대 석박사통합과정 학생이 제1저자로 참여하고, 현대자동차 연구그룹과 연세대학교 홍종섭 교수 연구팀의 공동연구로 수행됐다.