전기차 배터리 화재와 폭발은 덴드라이트 현상 때문
축구공 모양 탄소소재 ‘풀러렌’으로 전극 코팅
폭발, 화재 위험 없고 충방전 반복에도 효과 저하 없어

지구온난화를 막기 위한 노력 중 하나로 전기차 제작과 사용이 점점 늘면서 전기차 시대가 현실로 다가오고 있다. 그렇지만 전기차 배터리 폭발이나 화재와 관련한 소식이 심심찮게 들리기도 해 우려가 줄지 않고 있다. 국내 연구진이 반도체 코팅 기술로 전기차 배터리 폭발과 화재를 잡을 수 있는 방법을 찾아냈다.

한국과학기술연구원(KIST) 에너지저장연구단은 리튬금속 전극 표면에 반도체 박막을 코팅하는 방식으로 전기차 배터리 화재 원인을 원천 차단할 수 있는 기술을 개발했다고 27일 밝혔다. 이번 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘ACS 에너지 레터스’에 실렸다.

리튬이온 전지를 충전할 때 리튬이온이 음극으로 이동해 리튬금속으로 저장되는데 이 과정에서 나뭇가지 형태의 결정이 만들어진다. 덴드라이트 현상은 전극의 부피를 팽창시키고 전극과 전해질 사이 반응을 일으켜 전지성능을 저하시킬 뿐만 아니라 화재나 폭발을 일으키기도 한다.

연구팀은 탄소 60개가 오각형 형태로 연결돼 축구공 모양을 이룬 ‘풀러렌’이라는 전도성 높은 반도체 소재를 플라즈마에 노출시켜 리튬금속전극과 전해질 사이에 반도체 박막을 만들어 덴드라이트가 형성되지 않도록 했다. 이렇게 만들어진 반도체 박막은 전자만 통과시키고 리튬이온은 통과시키지 못하게 해 리튬결정 형성을 원천 차단하는 원리이다.

실제로 이번에 개발된 기술이 적용된 리튬이온 배터리는 1200회 충방전 동안 덴드라이트가 만들어지지 않고 안정적으로 작동하는 것이 관찰됐다. 특히 500회 충방전시 일반 리튬이온 배터리는 용량의 52%만 유지됐지만 이번에 개발된 기술이 적용된 배터리는 용량의 81% 정도가 유지되는 것도 확인됐다.

연구를 이끈 이중기 KIST 박사는 “이번에 개발된 고안전성 리튬금속전극은 덴드라이트 발생을 억제해 화재나 폭발 위험이 없는 차세대 이차전지 개발에 도움을 줄 것으로 기대된다”라며 “추가 연구를 통해 재료 및 공정비용을 낮춰 상용화까지 이어지도록 할 것”라고 말했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr