영하 80도 온도에서도 리튬이온전지의 충전과 가동을 가능하게 하는 새로운 전해액이 중국 연구진에 의해 개발됐다.
3일 홍콩 사우스차이나모닝포스트(SCMP)에 따르면, 중국 저장대 연구팀은 지난달 28일 학술지 네이처에 발표한 논문에서 지금까지 알려지지 않았던 배터리 내 이온 운반 방법을 통해 극한의 조건에서도 고에너지 배터리를 작동할 수 있게 했다고 밝혔다.
통상 리튬이온전지는 높은 에너지 밀도와 넓은 작동 온도 범위, 고속 충전을 동시에 달성하기 어려워 저온 환경에서는 사용이 제한돼왔다.
리튬이온전지의 전해액은 유기용제에 용해된 리튬염으로 만들어지는데, 이 전해액은 전지에서 이온 수송을 제한하는 요인이었다.
저장대 연구팀은 미국 연구진과의 협력과 넓은 범위의 온도에서 용매들을 스크리닝하는 4년간의 연구 끝에 플루오로아세토니트릴(fluoroacetonitrile)이라는 용매를 사용하는 전해질을 개발했다고 SCMP는 전했다.
네이처에 따르면 전해질의 작은 용매 분자는 리튬이온 주위에 두 겹의 층을 형성하고, 이온이 운반될 수 있는 통로를 만드는데 이를 '리간드 채널 수송'이라 한다.
연구진은 "리간드 채널 촉진 전도 메커니즘은 고에너지 전지가 극한 환경에서 작동할 수 있는 길을 열어준다"고 설명했다.
소프트팩 리튬이온전지를 이용해 시험해본 결과 이 전해질은 앞서 알려지지 않은 배터리 내 구조적 운반 방법을 가능하게 만들었고, 영하 70도 환경에서 기존 전해질에 비해 이온전도도(ionic conductivity)가 1만배 높았다.
연구진은 새 전해질 설계 원리가 리튬이온전지뿐만 아니라 "나트륨이온전지나 칼륨이온전지에서도 매우 효과적"이라고 주장했다.
다만 네이처는 새 전해질이 전통적인 배터리 설계에서 효과적으로 작동하려면 추가적인 연구가 필요할 수 있어 연구에 한계가 존재한다고 짚었다.
연구 책임자인 판슈린 교수는 새로운 배터리가 전기차나 항공, 해양 전자기기, 철도, 극지 탐사, 통신 등 다양한 범위에 적용될 수 있다며 "우리는 미래에 상용화가 가능할 것이라고 본다"고 말했다고 SCMP는 전했다.
(사진=연합뉴스)
한국경제TV 디지털뉴스부 김현경 기자
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