충남 RISE사업 협력을 통해 미래 에너지 분야 성과 창출
[충청뉴스 유규상 기자] 단국대 에너지공학과 원종호 교수 연구팀이 점토광물을 활용한 2차 전지 분리막 설계를 통해 차세대 2차 전지 핵심소재 개발 분야에서 주목할 만한 연구 성과를 거뒀다.
이번 연구는 단국대가 보령시와 함께 수행하고 있는 충청남도 지역혁신 중심 대학지원체계(RISE) ‘보령시 수소산업 육성’ 과제의 지원을 받아 진행됐다.
2차 전지에서 분리막은 양극과 음극을 분리해 이온을 통과시키는 역할을 해 안정성과 성능을 좌우하는 핵심 소재이다.
현재 주로 사용 중인 폴리올레핀계 소재(폴리에틸렌, 폴리프로필렌)는 제조 비용이 낮고 대량생산이 용이하지만 열 수축에 따른 내구성 저하, 리튬 덴드라이트 성장 문제로 인해 안전성과 수명 측면에서 한계가 있다. 이에 따라 산업계에서는 점토광물(Clay Mineral)이 차세대 분리막 소재로 주목받으며 연구가 활발히 진행되고 있다.
원 교수 연구팀은 점토광물을 분리막 표면에 코팅해 각 구조(1D·2D·3D)의 형태학적 특성이 분리막 성능에 미치는 영향을 분석했다. 점토광물 분리막의 열 안정성, 이온전도도, 기계적 내구성 변화를 검증해 기존의 폴리올레핀계 분리막에 비해 5배 이상의 전해질 흡수율을 보여, 이차전지의 충방전 속도, 용량 및 수명을 모두 개선했다는 사실을 입증했다.
해당 연구는 국제 학술지 Advanced Science (IF=14.1, JCR 상위 7.0%)에 게재됐다. 논문명은 “Clay-Mineral-Coated Separators for Lithium-Ion Batteries: Exploring the Relationships between Clay Mineral Morphology and Separator Performance”. 해당 연구에는 수소에너지학과에 재학 중인 대학원생 고인서 씨, 하서영 씨, 최종영 씨가 함께 참여했다.
원 교수는 “이번 연구는 다양한 형태의 점토광물의 각 구조의 장단점 및 분리막 성능과의 관계를 분석하며 차세대 이차전지용 소재 설계에 넓은 적용 가능성을 제시했다”며 “수소 중심 에너지산업으로 전환 중인 보령시의 지역 특성과도 맞물려 차세대 이차전지 등 미래형 에너지 저장장치 기술로 확장될 가능성도 높다”고 밝혔다.
한편 단국대는 충청남도 RISE 사업을 통해 충남 신성장동력산업 중심의 공동연구를 수행 중이다. 특히 보령시와 수소 에너지 생산·저장·활용 전주기 산업 생태계 조성을 위해 미래형 에너지 소재 연구와 전문 인력을 양성하고 있다.
