▲‘ACS nano’(Impact factor : 18.027)에 논문 게재 ⓒ국제i저널

[국제i저널=경북 손보라기자] 동국대학교 WISE캠퍼스 창의융합공학부 전동협 교수가 지난 1월 24일에 자연과학 분야 SCI급 국제 저명 학술지 ‘ACS nano’(Impact factor : 18.027)에 논문을 게재했다.

전동협 교수는 이번 논문을 통해서 리튬이온배터리 생산 중 발생하는 전해액 함침 현상을 규명하고 해결방안을 제시함으로써 배터리 제조시간을 획기적으로 단축하고 배터리 수명을 향상시킬 수 있는 길을 열었다고 밝혔다.

논문명은 ‘Mechanical Insight into Wettability Enhancement of Lithium-Ion Batteries using a Ceramic-Coated Layer’이며 WISE, RIST, DGIST가 연구에 참여하였다. 전동협 교수가 제 1저자 및 교신저자로 DGIST 이종원 교수가 공동교신저자로 참여했다.

리튬이온배터리는 전기자동차에 들어가는 핵심 에너지 동력원으로 4차 산업혁명의 중심에 있는 기술이고 10대 국가필수전략기술 중 하나이다. 90년대 리튬이온전지가 상용화 된 이래 배터리 업계에서는 해결되지 않은 난제 중 하나로 전해액 미함침 현상를 꼽고 있으나, 현재까지 그 개선책이 요원하며 학계에서의 연구는 거의 전무한 상태였다.

특히 리튬이온전지는 전해액이 고르게 분포되어 있어야 안정적인 성능을 발휘할 수 있으나, 고성능 고에너지밀도의 배터리 개발에 몰입되어 있어 전해액 함침 문제는 크게 관심을 받지 못하고 있었다.

전기차 보급이 확대됨에 따라 향후 수명 및 안정성 문제가 대두될 조짐을 보이고 있어 미리 대비를 하지 않으면 대규모 리콜사태나 전기차 폭발 등의 문제가 예상된다.

전동협 교수는 리튬이온배터리 상용화 초기부터 현재까지 20년 이상 이 분야를 연구해오고 있으며 전해액 함침 분야에서는 세계적인 전문가 중의 하나로 거론되고 있다.

특히 지난 2019년 저명 국제학술지인 ‘Energy Storage Materials (IF=20.831)’에 리튬이온전지내 전해액 함침 현상을 규명한 논문을 최초 발표하여 학계의 주목을 받았으며 후속논문에서는 배터리의 전해액 함침 향상을 위한 방법들을 제시해 왔다.

이번 연구에서 연구팀은 격자 볼츠만법과 임피던스 분광법을 이용하여 전해액 함침 과정을 획기적으로 개선할 수 있는 방법을 고안해 내었다. 계산시간이 오래 걸리는 격자 볼츠만 시뮬레이션의 단점을 슈퍼컴퓨터를 이용함으로써 해결하였고, 최신 분석기법을 통하여 개선효과를 눈으로 확인하였다.

연구진은 단순한 아이디어에서 출발하여 산업계의 오래된 문제를 해결할 계기를 마련할 수 있게 되었다며, 배터리 기술 발전을 위하여 이번에 개발한 방법은 특허출원하지 않기로 결정했다고 밝혔다.

동국대 WISE캠퍼스 전동협 교수는 "전해액 미함침 문제는 고품질의 배터리 구현을 위해서 반드시 풀어야 할 숙제였으나 학계에서는 연구성과는 미미하였다"며 "이번 연구의 성과로 저가의 배터리는 물론 장수명 고안정성의 배터리 달성도 얼마남지 않았다"고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단으로부터 중견연구자지원사업과 국가슈퍼컴퓨팅센터로부터 혁신지원 프로그램의 지원을 받아 수행되었다.

손보라 기자  iij@iij.co.kr

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