[요약]
- 이 전해질은 이온이 운반될 수 있는 통로를 만드는 ‘리간드 채널 수송’을 활용, 영하 70도 환경에서도 기존에 비해 이온전도도가 1만 배 높은 결과가 나옴
- 연구진은 나트륨이온전지나 칼륨이온전지에서도 매우 효과적이라고 주장
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중국 저장대 연구팀은 美 연구진과 협력하여 2월 28일 네이처지에 극한 조건에서 고에너지 배터리를 작동할 수 있는 전해질 기술을 공개
- 연구진은 美 연구진과 4년간의 연구를 거쳐 플루오로아세토니트릴(fluoroacetonitrile)이라는 용매를 사용하는 전해질을 개발
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- 플루오로아세토니트릴 전해질의 용매 분자는 리튬이온을 두고 두 겹의 층을 형성하는데, 이 층이 리간드 개폐 이온통로(ligand-gated ion chnnel)역할을 하며 이온을 수송하는 ‘리간드 채널 수송’이 가능하게 됨
- 연구진은 ‘리간드 채널 수송 매커니즘이 극한 환경에서 배터리가 작동할 수 도록 한다’고 설명하며, 소프트 리튬이온전지를 통한 실험을 통해 영하 70도 환경에서 기존 전해질보다 1만배 높은 이온전도도(ionic conductivity)를 확인
- 플루오로아세토니트릴 전해질의 용매 분자는 리튬이온을 두고 두 겹의 층을 형성하는데, 이 층이 리간드 개폐 이온통로(ligand-gated ion chnnel)역할을 하며 이온을 수송하는 ‘리간드 채널 수송’이 가능하게 됨
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- 해당 기술은 리튬이온전지뿐만 아니라 차세대 전지로 주목받는 나트륨이온전지, 칼륨이온전지에도 활용 할 수 있을 것으로 전망하고 있으나, 네이처는 추가적인 연구가 필요하다는 입장
- 해당기술의 상용화를 통해 극한 환경에서 충·방전이 가능한 고용량, 고에너지밀도를 가진 이차전지의 개발이 가능할 전망
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- 플루오로아세토니트릴 전해질을 활용한 이차전지가 극한환경에서 안정성과 안전성을 담보한다면 우주 항공, 군사 분야 장비에 적용 가능할 것으로 보이며, 특히 극지방 연구개발에 긍정적인 효과를 가져올 것으로 전망됨
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- 연구진은 극한 환경에서 안정성과 신뢰성을 높이기 위한 후속연구를 진행하고 있으며, 향후 응용 범위가 더욱 확대 할 것으로 기대하고 있음
- KAIST 연구진도 새로운 솔베이션 구조와 전해액 첨가제 기술을 개발하여 –20 ~ 60도 환경에서 안정적으로 작동하는 리틈금속 전지의 성능혁신을 발표(’23.10월)
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- 기존 전해액의 한계를 극복하기 위해 새로운 솔베이션 구조를 형성하고, 전해액에 안정적인 전극-전해질 계면 반응을 확보할 수 있는 첨가제 기술을 적용하여 리튬금속 전지의 수명을 획기적으로 향상
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- 전해액 기술은 리튬금속 전지용 전해액 시장에서 게임체인저로 주목받고 있으며, 기존기술 대비 넓은 온도 범위에서 안정적으로 작동하는 혁신적인 성능을 보여줌
[시사점]
- 극한 환경에서의 전력 공급문제를 해결하는데 있어서 혁신적인 기술로서 상용화가 성공적으로 이루어진 다면 우주항공, 군사, 극지탐사 등 극한 환경에서 작동하는 장비의 활용성 등이 크게 개선 될 것으로 보임
- 국내연구진은 차세대 전지인 리튬금속전지의 성능을 향상시켜 –20~60도의 환경에서 안정적으로 작동하는 전해질을 개발한 사례를 보앗을 때, 향후 배터리 개발 경쟁은 극한 환경에서 고성능, 고에너지밀도를 유지하며 안정성을 갖출 수 있는 신기술의 개발이 핵심이 될 것으로 전망 할 수 있음
[출처]
- SCMP, Chinese scientists produce a powerful winter-proof lithium battery, 2024. 3. 2.
- 헤럴드경제, “中, 영하 80도에도 작동되는 리튬이온전지 전해질 개발” 2024. 3. 3.
- 인더스트리뉴스, 국내 연구진, 세계 최고 수준 ‘전해액 기술’ 개발… 이차전지 수명 연장 기여 기대 , 2023.10. 4.
