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물로 만든 리튬이온 배터리

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물로 만든 리튬이온 배터리

2017.10.01 17:00
전극 보호용으로 연구팀이 개발한 고분자 코팅제. - Jhi Scott, ARL Photographer 제공
전극 보호용으로 연구팀이 개발한 고분자 코팅제. - Jhi Scott, ARL Photographer 제공

폭발 위험이 없는 물 기반의 새로운 리튬이온 배터리가 개발됐다. 천쉥 왕 미국 메릴랜드대 생체분자공학과 교수와 캉 쑤 미국육군연구소 연구원 등 공동연구팀은 소금물 용액을 전해질로 사용하는 새로운 리튬이온 배터리를 개발했다.


이번에 개발한 배터리는 폭발 위험이 없을 뿐만 아니라, 노트북 컴퓨터 등 가전제품에 충분히 활용할 수 있는 4볼트 전압을 낸다.


이전에도 물을 전해질로 활용하는 배터리가 개발된 적이 있지만, 전압이 3볼트로 낮았다. 흑연이나 리튬으로 만든 배터리 전극이 물 전해질에 의해 분해됐기 때문이다.


연구팀은 이를 해결하기 위해 배터리 전극을 감싸는 새로운 고분자 코팅제를 개발했다. 소수성 재질로 된 고분자 코팅제는 첫 충전 시 전극 표면의 물 분자를 튕겨낸 뒤 액체 전해질과 고체 전극 사이에 안정적인 막을 형성한다.


그 결과, 액체 전해질이 전극을 분해하지 않아 배터리가 4볼트 전압을 유지했다. 연구팀은 배터리 케이스에 구멍이 뚫려 코팅이 손상되더라도 금속과 액체 전해질이 천천히 반응해 불이 붙거나 폭발할 가능성이 낮다고 밝혔다.


쑤 연구원은 “물 기반의 전해질을 쓰면서 흑연과 리튬 같은 반응성이 좋은 양극을 안정화시킨 것은 이번이 처음”이라며 “이번 연구를 토대로 다양한 배터리의 전기화학적 성질을 밝힐 수 있을 것”이라고 말했다. 연구 결과는 학술지 ‘줄’ 9월 6일자에 발표됐다.


doi:10.1016/j.joule.2017.08.009

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