배터리 충전속도 3배로 늘려주는 ‘이중벌집 나노막’개발

기존 배터리 대비 출력 2.5배·수명 4배 성능 향상
UNIST '블록공중합체' 활용… 리튬이온에 효과적
◇ 페인트부터 배터리까지 나노기 이끄는 기술진화

국내 연구진이 첨단 나노기술을 적용, 더 빨리 충전되고 오래가는 2차전지를 만들 수 있는 '이중벌집 나노막'을 개발했다. 이 물질을 리튬이온배터리 분리막에 적용한 결과, 기존 배터리보다 출력은 2.5배, 충전 속도는 3배, 수명은 4배 이상 각각 높아졌다.

울산과학기술대학교(UNIST) 에너지및화학공학부 박수진·이상영 교수팀은 같은 성질끼리 스스로 뭉치는 '블록공중합체'라는 고분자 재료를 이용해 다양한 크기의 구멍이 수없이 뚫린 나노막을 제조하는 방법을 개발했다고 27일 밝혔다.

이 나노막은 특히 리튬이온배터리의 분리막에 적용하면 뛰어난 성능을 보였다. 분리막은 양극과 음극 사이에 있는 리튬이온이 지나는 통로로, 구멍이 많고 균일할수록 배터리의 성능이 좋아진다.

연구진이 개발한 나노막은 전체의 약 70%에 규칙적인 구멍이 뚫려 있어 리튬이온이 쉽게 이동할 수 있기 때문에 출력이 높고 충전이 빠르며 수명도 길어진다.

박수진 교수는 "블록공중합체라는 고분자 재료에 표면 특성을 바꿀 수 있는 화합물인 '표면에너지 개질제'를 도입해 새로운 나노막을 만드는 방법을 개발했다"며 "이 방법으로 만든 나노막에는 마이크로미터(㎛) 크기의 큰 구멍과 나노미터(㎚) 크기의 작은 구멍이 균일하게 분포되고 개질제 양에 따라 구멍 크기도 조절할 수 있다"고 설명했다. 이 물질은 리튬이온배터리 분리막뿐만 아니라 수처리 분야의 정수기술이나 생명분야의 바이오센서, 화학공학의 분리공정 등 다양한 산업에서 중요한 재료로 쓰일 수 있을 것으로 기대된다.

이상영 교수는 "이 성과는 블록공중합체 기반의 이중 다공성 막을 에너지 저장장치 분야에 활용한 최초의 사례"라며 "지금껏 보고되지 않은 새로운 다공성 막 제조방법을 제시함으로써 막 과학 분야의 기술적 토대를 마련했다"고 말했다. 이 연구결과는 국제 학술지 '사이언스 어드밴스(Science Advances)'에 최근 게재됐다.

남도영기자 namdo0@