노트북, 휴대폰 등은 물론이고 최근 전기 자동차나 하이브리드 자동차로도 적용 범위를 넓혀가고 있는 리튬 2차전지의 안전성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 전지막(Seperator)을 국내 연구진이 방사선 기술을 이용해서 개발했다. 한국원자력연구원(원장 양명승) 정읍방사선과학연구소 노영창 박사팀에 의해 성공한 이번 개발은 교육과학기술부 원자력연구개발사업 일환으로 이루어졌다. 리튬2차전지는양극(LiCoO₂등)과음극(흑연등), 그리고 두 극 사이를 나누는 전지막(분리막 또는 격막)으로 구성되어 있다. 전지의 효율과 안전성을 유지하는 데 중요한 역할을 하는 전지막은 양극에서 발생한 리튬 이온이 음극으로 이동할 수 있도록 보통 다공성 폴리에틸렌 막으로 제조된다. 그러나 폴리에틸렌의 용융점을 넘는 고열이 발생하면 전지막이 수축되거나 파단(Breakdown)되어 발화 및 폭발의 위험성을 내포하고 있었다. 이에 노영창 박사팀은 기존의 폴리에틸렌 소재에 나노 무기입자인 알루미나와 기공 형성제를 혼합해 다공성 막을 제조했다. 막 표면에 불소계 수지인 PVDF-HFP와 나노 알루미나, 가교제를 혼합한 용액을 코팅해 코팅층을 기공 구조의 고체 상태로 변화시켰다. 방사선의일종인전자선을조사(照射)함으로써 전지막의 내열성과 기계적 물성을 획기적으로 향상시킨 기술개발에 성공한 것이다.
노영창 한국원자력연구원 정읍방사선과학연구소 방사선공업환경연구부장은 “새로 개발한 전지막을 이용해서 리튬 2차전지 시제품을 제조, 반복 충전한 결과 전기화학적 특성도 기존 전지막을 사용한 제품보다 우수한 것으로 나타났다”고 밝혔다. 실제 실험 결과 기존 폴리에틸렌계 전지막은 150℃의 전해액에 2분간 담가두면 원래 크기의 5~15%크기로 대폭 수축돼 기능을 상실하는 반면, 노 박사팀이 개발한 전지막은 같은 조건에서 원래 크기의 96~98%를 유지하는 것으로 나타났다. 한국원자력연구원은 관련 국내 특허 2건을 출원했으며, 관련기업에 기술이전을 추진할 계획이다. 한편 우리나라는 전 세계 리튬 2차전지 분리막의 30%를 소비하는 대규모 시장으로, 2010년까지 리튬2차전지 분리막의 국내 시장은 3,500억 원, 세계 시장은 약 1조 원에 달할 것으로 전망된다.
글_전화영 기자 <한국원자력연구원 (042)868-2000 / www.kaeri.re.kr>
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