추운 날 빨리 닳는 배터리 문제… 국내 연구진, 실마리 찾았다

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입력 2022.09.13 11:57 | 수정 2022.09.13 14:12
추운 날씨에 스마트폰 배터리가 유독 빨리 닳곤 한다. 배터리 내부 저항이 증가하며 배터리 용량이 감소하는 것이 원인으로 알려졌지만, 아직 분자 수준에서 명확한 원인이 규명되지는 않았다.

국내 연구진이 배터리 성능 저하 원인 규명에 한 걸음 다가섰다. 기초과학연구원은 13일 조민행 분자 분광학 및 동력학 연구단장 연구팀이 저온에서 리튬이온 배터리 전해액의 용매 구조를 상세히 밝혔다고 전했다.

리튬이온 배터리 전해액의 구조. / 기초과학연구원
탈용매화 과정의 초기 구조인 리튬이온 용매 구조를 명확하게 파악하는 것은 저온에서 배터리 성능 저하 문제를 해결하기 위한 첫 걸음이다. 리튬이온 용매 구조는 리튬이온이 전해액에 녹을 때 리튬이온과 주변의 음이온 또는 용매 분자들이 이루는 구조를 말한다.

그동안 리튬이온 용매 구조는 리튬이온을 중심으로 4개의 분자가 있는 4배위의 정사면체 구조를 이룬다는 것이 정설이었다. 하지만 최근 리튬이온 용매 구조가 정사면체라는 실험 결과들이 잇따라 나오고 있다.

연구진은 저온 장치가 장착된 푸리에 적외선 분광기를 사용해 상온부터 영하 33.15도까지 온도를 변화해가며, 리튬이온 용매 구조와 이온화 과정을 관찰했다. 그 결과 리튬이온 용매 구조는 정사면체에 국한되지 않고 용매 환경에 따라 3배위, 4배위, 5배위 등 다양한 구조를 가진다는 것이 확인됐다.

조민행 단장은 "이번 연구는 기존 리튬이온 용매 구조에 대한 지배적인 통념이 실제와 다르다는 것을 보여준 중요한 연구다"라며 "저온에서도 성능이 저하되지 않는 새로운 배터리를 설계하기 위한 중요한 단서를 제시했다는 의미가 있다"고 말했다.

또 "후속 연구로 전해액에 첨가제가 있는 상황까지 반영해 리튬이온 용매 구조를 면밀히 파악하기 위한 연구를 수행 중이다"라고 밝혔다.

연구결과는 미국화학회(ACS)에서 발행하는 국제학술지 게재됐다.

박혜원 기자 sunone@chosunbiz.com


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