[더테크=조재호 기자] 리튬이온전지의 화재 및 열폭주 현상을 막을 수 있는 난연성 전해액이 개발됐다. 대형 화재를 유발할 가능성이 큰 전기차의 화재 발생 방지와 함께 인식 개선에 도움을 줄 것으로 보인다.

한국과학기술연구원(이하 KIST)은 에너지저장연구센터 이민아 박사와 KAIST 서동화 교수, 한국생산기술연구원 김용진, 백자연 박사 공동연구팀이 리튬이온전지의 전해액으로 쓰이는 선형 유기카보네이트 분자구조를 제어해 상온에서 불이 붙지 않는 난연성 전해액을 개발했다고 9일 밝혔다.

최근 전기차와 에너지저장장치에서 중대형 리튬이온전지의 보급이 늘어나면서 화재와 폭발에 대한 우려가 커진 상황이다. 전기 배터리 화재는 연쇄적인 발열 반응을 동반하는 열폭주 현상으로 화재 진압이 어려워 인명피해의 위험성이 높았다.

배터리 전해액으로 쓰이는 선형 유기카보네이트 용액은 인화점이 낮아 상온에서도 쉽게 불이 붙어 발화의 원인이 되는 물질이다. 이전까지 전해질의 난연성을 강화하기 위한 여러 방법이 있었지만 이온 전달 능력이 떨어지거나 상용 전극과 호환성 문제 등으로 경제성과 생산성이 떨어져 상용화가 어려웠다.

연구팀은 상용 리튬이온전지 전해액 분자에 알킬 사슬 연장과 알콕시 치환을 동시에 적용한 신규 전해액 BMEC(bis(2-methoxyethyl) carbonate)를 개발했다. 이 용액의 인화점은 기존 용액보다 90°C 높은 121°C로 이차전지 작동 온도에서 불이 붙지 않고 이온 전달이 느려지는 문제도 해결했다.

신규 전해액은 기존 대비 가연성 기체 발생이 37%, 발열이 62% 감소했다. 연구팀은 1Ah급 리튬이온전지에 적용 후 500회 이상 안정적으로 구동해 호환성을 확보했고, 70% 충전된 4Ah급 리튬이온전지에 폭발 안정성을 평가하기 위한 시험에서 열폭주가 억제됐다고 설명했다.

이민아 KIST 에너지저장연구센터 선임연구원은 더테크에 “이번 난연성 전해액은 기존 인프라에 활용이 가능한 경제성과 더불어 배터리의 성능에 영향을 주지 않는 호환성을 지녔다”며 “배터리 셀에서 안전성을 확인한 만큼 모듈과 팩으로 확대 검증을 이어가고 기업들과 상용화를 논의하는 단계로 나아갈 것”이라고 말하며 기대감을 나타냈다.

한편, 이번 연구 결과는 에너지 및 환경과학 분야 최상위 국제학술지 ‘Energy & Environmental Science’ 최신호에 게재됐다.