[소셜밸류=최연돈 기자] LG에너지솔루션이 POSTECH(포항공과대학교), 성균관대학교와 공동으로 리튬이온전지의 저온 성능과 열안전성을 동시에 개선할 수 있는 전해질 핵심 기술 개발에 성공했다고 20일 밝혔다.
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| ▲성균관대 화학공학부 박호석 교수/사진=LG에너지솔루션 제공 |
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| ▲POSTECH 화학공학과 이기라 교수/사진=LG에너지솔루션 제공 |
이번 연구 성과는 에너지 분야 최고 권위 학술지인 ‘Advanced Energy Materials’와 ‘Journal of Materials Chemistry A’에 나란히 게재됐다.
공동연구팀은 영하 20도 환경에서도 100회 충·방전 후 기존 전해질 대비 약 87%의 용량을 유지하며, 열폭주를 90% 이상 억제할 수 있는 전해질 기술을 개발했다고 20일 밝혔다. 이는 혹한 환경에서도 안정적인 배터리 구동을 가능하게 하는 동시에 발화 위험까지 줄인 획기적인 성과로 평가된다.
이번 연구의 핵심은 ‘알릴 트리메틸 포스포늄(Allyl Trimethyl Phosphonium, APT)’ 계열의 이온성 화합물을 활용한 전해질 기술이다. APT 화합물은 단순 첨가제를 넘어 전해질의 동결점을 낮추고 계면 반응을 조절해 배터리 내 이온 이동을 원활하게 하는 역할을 한다.
연구 결과에 따르면 APT 기반 전해질은 특정 비율의 혼합에서 녹는점을 낮추고 점도를 개선해, 영하의 극한 조건에서도 이온전도성을 안정적으로 유지한다. 실제 실험에서도 APT 전해질을 적용한 셀은 영하 20도에서 100회 충·방전 후 87%의 용량을 유지, 일반 전해질(약 10%) 대비 월등한 성능을 입증했다.
또한 후속 연구에서는 동일한 화합물을 고용량 실리콘 음극 전지에 적용해 열폭주를 90% 이상 억제, 발열량을 기존 대비 크게 줄이는 데 성공했다. 이는 전지 화재 발생 시 열 전이 속도를 획기적으로 늦춰 안전성을 크게 향상시킬 수 있음을 의미한다.
이번 연구는 LG에너지솔루션의 셀 제작 및 분석 인프라, POSTECH의 이온성 화합물 합성 기술, 성균관대의 계면 분석 역량이 결합된 산학협력의 결실이다. 특히 산업 현장의 실질적 과제를 학문적으로 재해석해 해결한 사례로, 국내 배터리 기술의 국제 경쟁력을 높였다는 평가다.
POSTECH 이기라 교수는 “학문과 산업을 연결한 모범적인 협력 모델”이라고 설명했으며, 성균관대 박호석 교수는 “APT 화합물의 분자 설계 자유도를 활용하면 전고체전지나 리튬금속전지로의 확장도 가능하다”고 말했다.
LG에너지솔루션 관계자는 “하나의 이온성 화합물 플랫폼으로 성능과 안전성을 동시에 충족시킨 혁신적 사례”라며 “APT 기반 전해질은 전기차뿐 아니라 항공·우주, 극저온 환경용 배터리 등 다양한 분야에서 새로운 고객가치를 창출할 것”이라고 강조했다.
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