화학에너지공학전공 연구팀, 배터리 폭발 막는 신개념 분리막 개발
화학에너지공학전공 강상욱 교수 연구팀은 리튬이온 배터리 폭발을 방지하는 신개념 분리막 개발에 성공하였다.
이번 성과는 국제저명학술지인 International Journal of Biological Macromolecules (IF 8.5, JCR분야별 상위 6.4%) 2025년 9월호에 ‘Influence of quadrupole moments on the efficiency of pore formation in cellulose propanoate ester/1,2,3-propanetriol composite’라는 제목으로 게재되었다. (제1저자: 이채연)
연구팀은 셀룰로오스 프로피오네이트(Cellulose Propanoate, CP)에1,2,3-Propanetriol을 결합한 뒤, 가스를 주입해 기공을 형성하는 새로운 방식을 고안했다. 특히, 이산화탄소(CO₂)의 사중극자 모멘트(quadrupole moment) 특성이 핵심 역할을 했다. 실험 결과, CO₂는 질소(N₂)에 비해 낮은 압력(1.5 bar)에서도 기공 형성을 시작했고, CO₂ 처리 분리막의 경우N₂ 처리 분리막보다 더 높은 기공률을 보여주었다.
놀라운 점은 기공이 많아졌음에도 불구하고, 기존의 폴리올레핀 분리막보다 높은 열적 안정성을 보였다는 사실이다. 분석 결과, 기공 형성시 CP 고분자 사슬이 더 밀집된 구조와 강화된 안정성을 형성한다는 사실이 밝혀졌다. 또한, 분리막의 젖음성(wettability)이 63.3% 향상되어 전해질과의 친화성이 증가했으며, 향후 리튬이온 배터리 전도성 개선으로 이어질 가능성을 높였다.
전 세계적으로 리튬이온 배터리는 전기차, 휴대용 전자기기, 에너지 저장 장치 등 다양한 분야에서 핵심적인 역할을 하고 있지만, 여전히 분리막의 안전성 한계가 큰 걸림돌로 지적됐다. 기존의 폴리올레핀 분리막은 열적 안정성이 낮아 폭발·화재 위험이 크기 때문에 이러한 문제를 해결하기 위해 현재는 ‘세라믹 코팅’을 통해 해결하고 있다. 하지만 ‘세라믹 코팅’은 고비용 공정이기 때문에, 이를 해결하기 위해 노력들이 전세계적으로 이루어지고 있는 상황에서 이번 강상욱 교수 연구팀의 성과는 고무적이다.
강상욱 교수는 “이번 연구는 가스의 사중극자 모멘트를 활용해 기공 구조와 물리적 특성을 동시에 제어할 수 있는 새로운 방법을 제시한 것”이라며, “본 기술은 향후 배터리 안전성을 크게 향상시키는 동시에 가스 분리, 용매 회수, 환경 센서 등 다양한 산업 응용이 가능하다”고 밝혔다.
