울산과학기술원(UNIST) 자연과학부의 김병수 교수와 에너지 및 화학공학부의 이상영 교수 공통 연구팀은 기능성 나노셀룰로오스가 도입된 ‘화학적 기능성막’을 개발했다고 2일 밝혔다.
리튬이차전지를 구성하는 대표적인 소재는 전극과 전해질, 분리막이다. 이 중 분리막은 다공성 구조를 통해 리튬이온이 양전극으로 이동하는 통로를 제공한다. 분리막은 이차전지에서 양극과 음극 사이에 있는 소재로 원래 전지의 화학반응에 직접 참여하지 않는데 김병수·이상영 교수팀은 이번 연구에서 분리막 성능을 높이는 효과적인 2층 구조를 설계했다. 작은 구멍을 가진 기능성 나노셀룰로오스에 큰 구멍을 가진 다공성 고분자 섬유를 붙여 구멍이 많고 균일한 구조를 만든 것이다. 여기에 더해 기능성 나노셀룰로오스가 화학반응에 참여해 전지 성능을 떨어뜨리는 불순물 제거에도 도움을 준다.
이번 연구에 제1저자로 참여한 구민수 UNIST 에너지 및 화학공학부 석·박사통합과정 연구원은 “셀룰로오스에 중금속 이온과 화합물을 이룰 수 있는 분자체를 붙여 화학적인 기능을 부여했다”며 “전지 성능 저하를 가져오는 불산도 다공성 고분자 섬유로 제거할 수 있어 다양한 전지 특성을 높일 수 있었다”고 설명했다. 이상영 교수는 “현재 분리막으로 쓰는 폴리올레핀 계열의 분리막을 사용하는 전형적인 방식은 한계에 도달했다”며 “이전에 보고된 적 없는 신소재와 구조가 적용된 이번 분리막 연구는 정체된 전지 산업의 새로운 돌파구가 될 수 있을 것”이라고 평가했다.
연구 성과는 미국화학협회의 나노 분야 세계적인 권위지인 ‘나노레터스(Nano Letters)’ 8월호에 게재된다.
/울산=장지승기자 jjs@sedaily.com
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