배터리 노화 “산소 원천 차단”… 장거리 주행 배터리 수명 2.8배↑

배터리 노화 “산소 원천 차단”… 장거리 주행 배터리 수명 2.8배↑

2025.11.14 .양윤정.대외협력팀

UNIST⸱KRICT⸱KETI, 활성산소 발생 원천 억제하는 고분자 반고체 전해질 개발. 가스 억제로 배터리 팽창도 1/6수준으로 줄어 … Adv. Energy Mater. 게재

 

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[ 송현곤 교수팀은 고전압 배터리의 수명과 안전성을 높일 수 있는 젤 형태 전해질을 개발했다. 이 전해질은 배터리 노화와 가스 발생의 주범인 활성산소 생성을 원천적으로 차단할 수 있다. ㅣ 디자인: 이보은 ]

 

배터리 노화 “산소 원천 차단”… 장거리 주행 배터리 수명 2.8배↑

2025.11.14 .양윤정.대외협력팀

UNIST⸱KRICT⸱KETI, 활성산소 발생 원천 억제하는 고분자 반고체 전해질 개발. 가스 억제로 배터리 팽창도 1/6수준으로 줄어 … Adv. Energy Mater. 게재

 

장거리 주행 전기차 배터리인 ‘고전압 배터리’의 수명을 늘리고 폭발 위험은 줄이는 젤 형태 물질이 개발됐다. 고전압 배터리 ‘노화’의 주범인 활성산소 생성을 아예 차단하는 물질로, 이 물질을 적용하자 배터리 수명은 2.8배 늘고, 부풀어 오름도 1/6 수준으로 줄었다.

UNIST 에너지화학공학과 송현곤 교수팀은 한국화학연구원 정서현 박사, 한국전자기술연구원 황치현 박사팀과 함께 배터리를 고전압으로 충전할 때 전극에서 활성산소가 새어 나오는 반응을 원천 봉쇄하는 ‘안트라센 기반 반고체 젤 전해질(An-PVA-CN)’을 개발했다고 4일 밝혔다.

고전압 배터리는 4.4V 이상의 전압으로 충전되는 리튬이온전지로, 더 많은 전기를 저장할 수 있어 배터리팩을 가볍게 만들 수 있다. 하지만 충전전압이 높아질수록 하이니켈 양극의 산소가 불안정해지면서 ‘일중항산소’라는 활성산소로 변해 빠져나오게 되는데, 이 활성산소는 가스를 발생시켜 배터리 폭발 위험을 높이고 수명도 단축시킨다.

 

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[ [연구그림] 안트라센 기반 젤 전해질의 작용 원리 ]

 

개발된 전해질의 안트라센(An)은 전극 표면의 불안정한 산소와 결합함으로써 불안정한 산소끼리 결합하는 반응 단계를 차단한다. 불안정한 산소끼리 결합하게 되면 활성산소 ‘씨앗’인 산소 이합체가 생긴다. 또 이 안트라센은 이미 생긴 활성산소까지 포획해 제거함으로써 이중 보호 기능을 할 수 있다.

전해질의 또 다른 성분인 니트릴(-CN) 작용기는 양극의 니켈 금속을 안정화해 니켈이 녹아 나오거나 양극 구조가 변형되는 것을 막아준다.

제1저자인 이정인 연구원은 “이번 연구는 활성산소의 발생 단계 자체를 차단했다는 점이 차별점”이라며 “기존에는 활성산소가 이미 생긴 뒤 항산화 물질로 사후 중화하거나, 전극을 조작해 산소 발생을 억제하려 했다”고 설명했다.

새 전해질을 적용한 배터리는 4.55V 고압 충전 조건에서 500회 충·방전 후에도 초기 용량의 81%를 유지한 반면, 기존 배터리는 180회 사이클 만에 초기 용량의 80% 이하로 떨어졌다. 배터리 용량이 초기의 80% 이하로 떨어지면 수명이 다했다고 보기 때문에, 수명이 2.8배 증가한 셈이다.

또 배터리 팽창의 원인이 되는 가스 발생도 크게 억제됐다. 기존 배터리가 85마이크로미터(µm) 팽창한 것과 달리 젤 전해질을 적용한 배터리는 13µm 정도 부풀어 오르는 데 그쳐, 부피 팽창을 약 1/6 수준으로 억제했다.

송현곤 교수는 “고전압 배터리의 산소 반응을 ‘전해질 설계’ 단계에서 직접 제어할 수 있다는 점을 보여줬다”며 “이 원리는 향후 우주항공용 경량 리튬이온전지와 대용량 에너지저장장치(ESS) 개발에도 응용될 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구는 에너지 재료 분야 국제학술지인 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼스(Advanced Energy Materials)’에 10월 5일 자로 온라인 게재됐다

연구 수행은 UNIST 하이드로 스튜디오(Hydro*Studio)의 이노코어(InnoCore) 프로그램과 한국산업기술기획평가원, 한국화학연구원 프로젝트의 지원을 받았다.

 

선진상사는
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​또한 리튬 이온 배터리 (Lithium-ion Battery), 전기차 배터리 및 2차 폐축전지 , 2차 전지, 골프카 배터리, 전동공구 배터리, 전동보드 배터리, 전기자전거 배터리, 인산철 배터리 등 배터리 수거전문 업체입니다.

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[선진상사의 미8군과 리튬이온 배터리 관련 계약,하청업체 자료입니다.]

 

전기버스 (Lithium iron phosphate battery)배터리 및 바다열차 (Lithium-ion battery)배터리 수거하였습니다.

 

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