기초과학연구원(IBS) 나노입자 연구단은 온도에 따른 리튬이온배터리 전극 물질의 구조 변화를 관측해 배터리 열화 과정의 원인을 규명했다고 5일 밝혔다.

휴대용 전자기기 등에 쓰이는 리튬이온배터리는 구동 과정에서 불가피하게 열이 발생한다. 보통 상온보다 20~40℃ 높은 온도를 보이는데, 이는 배터리 성능과 수명을 줄이는 원인으로 꼽힌다.

그러나 복잡한 배터리 구성 탓에 과열 이유가 명확히 밝혀지지 않았다.

연구진은 배터리 과열 원인을 실험을 통해 분자 수준에서 규명했다. 연구진은 실험에서 배터리 구동 온도가 상온보다 20℃만 높아져도 상온에서 발생하지 않는 새로운 변화를 확인했다.

고온에서 충·반전될 때 새로운 변화가 지속적으로 발생하면서 전극이 붕괴하는 현상을 전자현미경을 관찰한 것이다.

더불어 물질·전기 화학적 분석을 통해 전극 구조 변화가 배터리의 성능에 직접적인 영향을 미친다는 것도 파악했다.

배터리 안정성의 핵심인 열화 과정의 원인을 분자 수준에서 규명한 이번 연구 결과는 향후 차세대 배터리 설계에 활용될 것으로 전망된다.

연구단 관계자는 "최근 전기자동차 수요 급증과 함께 성능이 우수한 배터리 물질의 개발이 중요해졌다"며 "열에 의한 영향을 최소화할 수 있다면 용량이 높고 안정적인, 동시에 오래 사용할 수 있는 차세대 배터리를 설계할 수 있을 것"이라고 소개했다.

한편, 이번 연구 결과는 화학분야 세계적 학술지인 `미국화학회지`에 실렸다.장진웅 기자

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