단국대 원종호 교수(좌측)와 최종영 석사 모습 / 사진 : 단국대 제공

[대한경제=나경화 기자] 단국대학교 연구진이 식물과 동물 등에서 얻는 바이오소재를 활용해 이차전지 분리막의 성능과 열적 안정성을 개선할 수 있는 원리를 분석했다.

단국대는 원종호 에너지공학과 교수 연구팀이 바이오소재 기반 배터리 분리막에 관한 기존 연구 결과를 종합 분석해 소재별 특성과 성능 향상 원리를 체계화했다고 밝혔다.

연구 결과는 에너지 분야 국제학술지 ‘카본 에너지(Carbon Energy)’에 ‘이차전지 분리막에서 바이오소재의 응용(Applications of Biomaterials in Separators for Secondary Batteries)’이라는 제목으로 게재됐다.

배터리 분리막은 양극과 음극의 직접적인 접촉을 차단하면서 이온이 이동할 수 있도록 하는 핵심 부품이다. 분리막의 물리적 특성과 내열성은 배터리 성능과 안전성에 영향을 미친다.

현재 널리 사용되는 폴리프로필렌(PP)과 폴리에틸렌(PE) 계열 분리막은 열에 의한 수축과 전해액 친화성 등의 측면에서 개선이 필요한 소재로 꼽힌다.

연구팀은 이를 보완할 대안으로 셀룰로오스와 키토산, 피브로인 등 바이오소재를 적용한 분리막 연구에 주목했다.

기존 연구 데이터를 비교한 결과, 일부 바이오소재 기반 분리막은 일반 PP 분리막보다 전해액 흡수율이 최대 약 14배 높았으며, 이온전도도는 약 2.4배 향상된 것으로 나타났다.

열적 안정성에서도 차이가 확인됐다. 분석 대상 바이오소재 분리막 중에는 220도 이상의 고온에서도 형태를 유지한 사례가 있었다. 이는 비교 대상 PP 분리막의 수축 온도보다 100도 이상 높은 수준이다.

연구팀은 이러한 성능 차이를 바이오소재의 구조적 특성과 전해액과의 상호작용 등을 중심으로 분석했다.

다만 이번 연구는 기존 연구성과를 종합한 것으로, 모든 바이오소재 분리막에서 동일한 성능이 구현되거나 실제 배터리의 화재 안전성이 검증됐다는 의미는 아니다.

이번 연구에는 LG화학 등 관련 기업 연구진이 참여했으며, 단국대 수소에너지학과 최종영 석사가 제1저자로 이름을 올렸다.

원종호 교수는 “바이오소재를 활용한 차세대 배터리 분리막의 가능성을 확인한 연구”라며 “산학연 협력을 통해 기술 상용화에 기여하겠다”고 말했다.

연구는 충청남도 지역혁신 중심 대학지원체계(C-RISE)의 보령시·단국대학교 협약 기반 지역현안 해결 과제 지원을 받아 수행됐다.


천안=나경화 기자 nkh67@daum.net

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