기존 대비 5배 전해질 흡수·성능·수명 개선…보령시 RISE 사업 연계 연구
  • ▲ 점토광물을 활용한 2차 전지 핵심소재 개발 분야에서 주목할 만한 연구 성과를 거둔 원종호 단국대 에너지공학과 교수.ⓒ단국대
    ▲ 점토광물을 활용한 2차 전지 핵심소재 개발 분야에서 주목할 만한 연구 성과를 거둔 원종호 단국대 에너지공학과 교수.ⓒ단국대
    단국대학교 에너지공학과 원종호 교수 연구팀이 점토광물을 활용한 2차 전지 분리막 설계에서 주목할 만한 성과를 거두며 차세대 전지 핵심소재 연구 분야에서 높은 관심을 받고 있다. 

    이번 연구는 단국대와 보령시가 함께 수행 중인 충청남도 지역혁신 중심 대학지원체계(RISE) ‘보령시 수소산업 육성’ 과제의 지원을 받아 진행됐다.

    2차 전지에서 분리막은 양극과 음극을 분리하면서 이온만을 통과시키는 핵심 구성요소로, 전지의 안정성과 성능을 결정짓는 핵심 소재다. 

    현재 널리 사용되는 폴리올레핀계 분리막(폴리에틸렌·폴리프로필렌)은 제조 비용이 낮고 대량생산에 유리하지만, 높은 온도에서 열 수축이 일어나 내구성이 약화되며 리튬 덴드라이트 성장 위험도 존재한다. 

    이러한 한계로 인해 산업계에서는 점토광물을 활용한 새로운 분리막 소재 연구가 활발히 진행되고 있다.

    원 교수 연구팀은 점토광물을 분리막 표면에 코팅하고, 점토의 형태학적 구조(1D·2D·3D)에 따른 성능 변화를 체계적으로 분석했다. 

    그 결과 점토광물 코팅 분리막이 기존 폴리올레핀계 분리막보다 5배 이상 높은 전해질 흡수율을 보였으며, 이를 통해 충방전 속도, 용량, 수명 등이 크게 향상되는 것으로 확인됐다. 

    이 연구는 고온 안정성 및 기계적 내구성까지 개선된 차세대 분리막 설계 가능성을 제시한 것으로 평가된다.

    연구 성과는 국제 학술지 Advanced Science (IF=14.1, JCR 상위 7.0%)에 ‘Clay-Mineral-Coated Separators for Lithium-Ion Batteries: Exploring the Relationships between Clay Mineral Morphology and Separator Performance’라는 제목으로 게재됐다. 

    이번 연구에는 수소에너지학과 대학원생 고인서·하서영·최종영 씨가 공동 참여했다.

    원 교수는 “점토광물의 구조적 특성과 분리막 성능 간의 관계를 밝히며 차세대 이차전지 소재 설계의 적용 가능성을 넓혔다”며 “수소 중심 에너지산업으로 전환 중인 보령시의 산업 특성과도 맞물려 미래형 에너지 저장장치 기술로 확장될 수 있다”고 말했다.

    한편 단국대는 충청남도 RISE 사업을 통해 충남 신성장동력산업 분야의 공동 연구를 활발히 진행하고 있으며, 특히 보령시와 협력해 수소 에너지 생산·저장·활용 전주기 산업 생태계 구축을 위한 연구와 전문 인력 양성에 힘쓰고 있다.