강상욱 화학에너지공학과 교수 연구팀, 신개념 배터리 분리막 개발 성공
본교 강상욱 화학에너지공학과 교수 연구팀이 구멍이 많이 생겨도 기계적 강도가 증가하는 신개념 배터리 분리막을 개발했다고 18일 밝혔다.
배터리 분리막은 양극과 음극이 닿지 않도록 분리해 폭발을 막고, 리튬이온이 지나다닐 수 있는 통로 역할을 하는 소재를 의미한다.
강 교수팀은 셀룰로오스 프로피오네이트(Cellulose Propionate)와 글리세린을 결합한 새로운 복합 분리막 개발했다. 기존의 개념을 뛰어넘는 방식으로 기공을 형성한 셈이다.
연구팀은 고압의 물이 글리세린과 결합된 셀룰로오스 프로피오네이트 사슬을 통과하면서 선형에 가까운 기공을 만들어낸다는 사실과 이 공정이 배터리의 리튬이온 전도도를 향상할 수 있다는 가능성을 발견했다.
뿐만 아니라 기공이 형성됐음에도 불구하고 배터리 분리막의 기계적 강도가 약 81% 더 증가했다. 배터리 분리막은 리튬이온이 지나다니는 통로, 즉 구멍이 필수적이다. 하지만 구멍이 많아지면 자연적으로 기계적 강도가 약해진다. 충격이 발생할 경우 분리막이 훼손돼 자칫 양극과 음극이 닿는 일이 발생할 수 있으며 이는 폭발로도 이어질 수 있다.
강 교수팀은 압력을 조절해 기공의 크기와 수를 제어하고, 기공이 형성될 때 첨가제의 화학적 거동을 조절해 분리막의 기계적 강도는 물론 구조적 안정성과 내구성을 크게 높였다.
강 교수는 "이번 연구가 배터리 분리막 기술 발전에 기여하길 바란다"며 "기존 배터리 기술에 적용될 경우 배터리의 폭발 가능성을 획기적으로 낮출 수 있을 것"이라고 설명했다.
한편 이번 연구결과는 '국제생물고분자학회지'(International Journal of Biological Macromolecules, IF=8.2, JCR 5.8%)에 게재됐다.
A battery separator refers to a material that prevents the anode and cathode from coming into contact, thereby preventing explosions, and serves as a pathway through which lithium ions can pass.
Professor Kang's team developed a new composite separator by combining cellulose propionate with glycerin, generating pores in a manner that surpasses existing concepts.
The research team reported that as high-pressure water passes through the cellulose propionate chains combined with glycerin, it generates pores that are nearly linear. They found that this process has the potential to enhance the lithium-ion conductivity of battery.
Moreover, despite the formation of pores, the mechanical strength of the battery separator increased by approximately 81%. The separator serves as a pathway for lithium ions to pass through, meaning holes are essential. However, an increase in the number of pores naturally weakens the mechanical strength. In the event of an impact, the separator could be damaged, potentially causing the anode and cathode to come into contact, which could lead to an explosion.
Professor Kang's team increased the mechanical strength, structural stability, and durability of the separator by controlling the size and number of pores through pressure regulation and adjusting the chemical behavior of the additive during pore formation.
Professor Kang stated, 'I hope this research contributes to the advancement of battery separator technology' and explained, 'If applied to existing battery technologies, it could dramatically reduce the potential for battery explosions.’
