[충청뉴스 이성현 기자] 국내 연구진이 수계 전해질 리튬이온전지의 성능을 향상시킬 단초를 마련했다.
기초과학연구원(IBS)은 분자 분광학 및 동력학 연구단 조민행 연구단장 연구팀이 대구경북과학기술원(DGIST)과 공동으로 수계 전해질 리튬이온전지 속 물 분자의 상태와 리튬 이온 수송 속도 사이 상관관계를 규명했다고 1일 밝혔다.
물을 바탕으로 하는 수계 전해질 리튬이온전지는 안정성이 매우 뛰어나 기존 리튬이온전지의 대체재로 주목받고 있다.
초고농도 전해질 리튬이온전지는 큰 점도에 대비 빠른 리튬 이온 수송이 가능한데, 이 메커니즘이 명확히 밝혀진 적은 없었다.
공동 연구진은 ‘적외선 들뜸 탐침 분광법’과 ‘유전체 이완 분광법’이라는 첨단 분광 기술을 이용해 염 농도에 따른 수계 전해질 속 물 분자의 거동을 관측했다.
기존에는 초고농도 용매화 환경 속에서는 모든 물 분자가 리튬 염과 상호작용을 하여 물 분자 간의 수소결합이 완전히 파괴될 것이라고 예상돼 왔다.
연구진이 염 농도를 포화수준까지 높여가며 관측한 결과, 28몰랄농도(mol/kg‧용매 1kg에 녹아 있는 용질의 몰수를 나타낸 농도) 정도의 초고농도에서도 다른 물 분자와 수소결합을 가지는 물 분자가 상당량 존재하고 있음을 확인했다.
특히 다른 물 분자와 수소결합을 하는 물 분자는 리튬 염의 음이온과 수소결합을 하는 물 분자보다 빠른 회전 동역학을 보여줬다.
조민행 연구단장은 “우리 연구진은 적외선 들뜸 탐침 분광법을 활용해 물을 기반으로 하는 다양한 전해질의 미시적 특성 연구를 진행하고 있다”며 “리튬 이온의 수송을 촉진할 수 있는 차세대 리튬이온전지 설계를 위한 원천지식을 제시할 것으로 기대한다”고 밝혔다.
