전국매일신문
지면보기
 표지이미지
지방시대
지면보기
 표지이미지
IBS, 저온에서도 '성능저하 없는' 新배터리 설계 단서 제시
상태바
IBS, 저온에서도 '성능저하 없는' 新배터리 설계 단서 제시
  • 대전/ 정은모기자 
  • 승인 2022.09.13 17:32
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

온도 따른 리튬이온 용매 구조 분석
[IBS 제공]
[IBS 제공]

추운 날씨에 스마트폰을 사용하다보면 배터리가 유독 빨리 닳곤 한다.

이는 저온에서 배터리 내부저항이 증가해 용량이 감소하기 때문으로 알려져 있지만 아직 명확한 원인이 분자 수준에서 규명되지는 않았다.

기초과학연구원 조민행 분자 분광학 및 동력학 연구단장 연구진이 13일 저온에서 리튬이온 배터리 전해액의 용매 구조를 상세히 밝혔다.

배터리 성능 저하 원인 규명에 한 걸음 다가섰다. 리튬이온 배터리는 크게 양 극과 음극, 분리막, 전해액으로 구성된다. 음극에서 리튬원자는 리튬이온과 전자로 분리되고 전자는 배선을 따라 이동한다.

지금까지는 리튬이온 용매 구조는 리튬이온을 중심으로 4개의 분자가 있는 4배위의 정사면체 구 조를 이룬다는 것이 정설이었다.

하지만 최근 리튬이온 용매 구조가 정사면체라는 정설로 설명할 수 없는 실험결과들이 잇따라 나오고 있다.

르샤틀리에 원리에 의하면 온도, 압력 등 주변 환경에 변화가 생기면 화학 평형 상태를 이루기 위해 이를 상쇄시키는 방향으로 화학반응이 일어난다.

만약 주변 온도가 낮아진다면 주변 온도를 높이는 방향으로 화학반응이 진행돼야 한다는 의미다.

이에 따르면 리튬이온 용매 구조가 정사면체일 때 리튬염의 이온화(화합물이 이온으로 분리)는 열을 흡수하는 흡열반응이기에, 전해액의 온도가 내려가면 이론적으로는 이온화를 진행하지 않는 방향으로 반응이 일어나야 한다.

즉 전해액의 온도가 내려가면 이론적으로는 이온화도(리튬염이 이온화된 비율)가 감소해야 하지만 실제로는 이온화도가 증가하는 결과가 나타난다.

이런 모순의 원인을 밝히기 위해 연구진은 저온 상태의 리튬이온 구조를 규명하기 위한 연구를 시작했다.

연구진은 저온 장치가 장착된 푸리에 적외선 분광기를 사용하여 상온부터 영하 33.15℃까지 온도를 변화시켜 가며 리튬이온 용매 구조와 이온화 과정을 관찰했다.

그 결과 리튬이온 용매 구조는 정사면체에 국한되지 않고 용매 환경에 따라 3배위, 4배위, 5배위 등 다양한 구 조를 가진다는 것이 확인됐다. 정사면체 구조로는 이해되지 않았던 실험들을 설명할 수 있는 결과를 얻은 것이 다. 

[전국매일신문] 대전/ 정은모기자 
J-em@jeonmae.co.kr


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.
주요기사