불 끄는 소화기 성분을 배터리에 접목해

불 끄는 소화기 성분을 배터리에 접목해 불 끄는 소화기 성분을 배터리에 접목해 리튬이온배터리 열폭주로 인한 전기차 화재를 원천 차단하는 기술이 개발됐다. 한국연구재단은 송승완 충남대 교수 연구팀이 한국전기연구원, 한국기초과학연구원(IBS)과의 공동연구를 통해 리튬이온배터리 열폭주를 억제하는 불소치환형 카보네이트계 유기용매 기반 난연성(불연성) 전해액 기술을 확보했다고 21일 밝혔다. 리튬이온배터리 열폭주는 과열이나 물리적 충격 등으로 배터리 내부 열이 가속돼 통제 불가능한 상황에 이르는 것이다. 최악의 경우 발화 및 폭발로 이어진다. 리튬이온배터리의 전해액으로 사용되는 카보네이트계 유기용매는 쉽게 발화하는 특징이 있어 열폭주의 원인 중 하나로 지목된다. 전해질 성분을 난연성으로 바꾸려는 연구가 이어지고 있지만 계면 안정성이 확보되지 않아 배터리 성능이 떨어지는 문제점은 해결되지 않았다. 연구팀은 불소, 인 등의 성분을 포함한 소재의 소화(消火) 기능에 착안했다. 기존 발화점이 낮은 전해액을 불소치환형으로 설계해 자가소화되는 난연성 전해액을 개발하는 데 성공했다. 배터리 내부 온도가 상승하면 음극 표면막(SEI)과 전해액이 열분해되고 각종 가스를 방출한다. 연구팀이 개발한 불소치환형 유기용매는 반응성이 높은 수소 라디칼(분자로 결합되기 전의 원자 상태로 있는 수소 원자)을 포획해 마치 소화기처럼 불을 끄거나 불이 안나게 하는 역할을 하게 된다. 소화기 성분을 활용해 리튬이온배터리 열폭주를 막는 기술 개발 과정을 나타낸 모식도. 한국연구재단 제공 이번에 개발된 유기용매를 기반으로 하는 난연성 전해액을 배터리에 적용하자 리튬이온배터리의 음·양극 계면 안정성이 높아졌다. 음극 표면막도 높은 열적 안정성을 확보했다. 발화가 잘 되는 기존 전해액을 난연성 전해액으로 교체 후 가속율열량계로 측정한 결과 하이니켈 리튬이온배터리의 열폭주 억제 효과가 확인됐다. 배터리 수명도 600사이클 이상 향상됐다. 연구를 이끈 송승완 교수는 “전기차에 탑재되는 기존 리튬이온배터리의 전해액을 난연성 전해액으로 전격교체해 열폭주를 억제·방지하는 안전성 혁신 기술”이라며 “국내외 원천특허를 기반으로 리튬이온배터리가 필요한 모든 분야에 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 ‘머티리얼즈 사이언스 & 엔지니어링 R-리포츠’에 지난달 27일 게재됐다. <참고 자료> - doi.org/10.1016/j.mser.2025.100980 불 끄는 소화기 성분을 배터리에 접목해 리튬이온배터리 열폭주로 인한 전기차 화재를 원천 차단하는 기술이 개발됐다. 한국연구재단은 송승완 충남대 교수 연구팀이 한국전기연구원, 한국기초과학연구원(IBS)과의 공동연구를 통해 리튬이온배터리 열폭주를 억제하는 불소치환형 카보네이트계 유기용매 기반 난연성(불연성) 전해액 기술을 확보했다고 21일 밝혔다. 리튬이온배터리 열폭주는 과열이나 물리적 충격 등으로 배터리 내부 열이 가속돼 통제 불가능한 상황에 이르는 것이다. 최악의 경우 발화 및 폭발로 이어진다. 리튬이온배터리의 전해액으로 사용되는 카보네이트계 유기용매는 쉽게 발화하는 특징이 있어 열폭주의 원인 중 하나로 지목된다. 전해질 성분을 난연성으로 바꾸려는 연구가 이어지고 있지만 계면 안정성이 확보되지 않아 배터리 성능이 떨어지는 문제점은 해결되지 않았다. 연구팀은 불소, 인 등의 성분을 포함한 소재의 소화(消火) 기능에 착안했다. 기존 발화점이 낮은 전해액을 불소치환형으로 설계해 자가소화되는 난연성 전해액을 개발하는 데 성공했다. 배터리 내부 온도가 상승하면 음극 표면막(SEI)과 전해액이 열분해되고 각종 가스를 방출한다. 연구팀이 개발한 불소치환형 유기용매는 반응성이 높은 수소 라디칼(분자로 결합되기 전의 원자 상태로 있는 수소 원자)을 포획해 마치 소화기처럼 불을 끄거나 불이 안나게 하는 역할을 하게 된다. 소화기 성분을 활용해 리튬이온배터리 열폭주를 막는 기술 개발 과정을 나타낸 모식도. 한국연구재단 제공 이번에 개발된 유기용매를 기반으로 하는 난연성 전해액을 배터리에 적용하자 리튬이온배터리의 음·양극 계면 안정성이 높아졌다. 음극 표면막도 높은 열적 안정성을 확보했다. 발화가 잘 되는 기존 전해액을 난연성 전해액으로 교체 후 가속율열량계로 측정한 결과 하이니켈 리튬이온배터리의 열폭주 억제 효과가 확인됐다. 배터리 수명도 600사이클 이상 향상됐다. 연구를 이끈 송승완 교수는 “전기차에 탑재되는 기존 리튬이온배터리의 전해액을 난연성 전해액으로 전격교체해 열폭주를 억제·방지하는 안전성 혁신 기술”이라며 “국내외 원천특허를 기반으로 리튬이온배터리가 필요한 모든 분야에 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 ‘머티리얼즈 사이언스 & 엔지니어링 R-리포츠’에 지난달 27일 게재됐다. <참고 불 끄는 소화기 성분을 배터리에 접목해