상명대 화학에너지공학과 강상욱 교수 연구팀이 구멍이 많이 생겨도 기계적 강도가 더 증가하는 신개념 배터리 분리막 개발에 성공하였다. 골다공증 환자의 뼈가 일반 정상인보다 더 튼튼할 수 있을까? 불가능하다! 뼈 안에 구멍이 많이 생기면 기계적 강도가 약해지기 때문이다. 하지만 상명대 화학에너지공학과 강상욱 교수 연구팀이 이런 불가능한 도전을 성공으로 이끌어냈다.
이 연구는 국제생물고분자학회지(International Journal of Biological Macromolecules – 피인용지수 8.2) 2024년 3월호에 발표되었으며, 해당 학회지는 저널인용보고서(JCR) 분야별 상위 5.8% 안에 드는 저명 저널로 평가받고 있다.
강상욱 교수 연구팀은 셀룰로오스 프로피오네이트(cellulose propionate)와 글리세린을 결합한 새로운 복합 분리막 개발을 통해, 기존의 개념을 뛰어넘는 방식으로 기공을 형성하는 데 성공하였다. 연구팀은 고압의 물이 글리세린이 결합된 셀룰로오스 프로피오네이트 사슬을 통과하면서 선형에 가까운 기공을 만들어내며, 이 공정이 배터리의 리튬이온 전도도를 향상시킬 수 있다는 가능성을 제시하였다.
이 기술의 가장 혁신적인 측면은 기공이 형성되었음에도 불구하고 배터리 분리막의 기계적 강도가 약 81% 더 증가한다는 점이다. 배터리 분리막은 리튬이온이 지나가는 통로가 필요하기 때문에 구멍이 반드시 존재해야 하는데, 구멍이 많아지게 되면 기계적 강도가 약해진다. 추후, 충격이 발생하면 분리막이 훼손돼 자칫 양극과 음극이 닿는 일이 발생할 수 있게 되며 이 경우 폭발이 일어날 수 있어서 분리막의 기계적 강도는 매우 중요한 요소이다. 강상욱 교수 연구팀은 압력을 조절하여 기공의 크기와 수를 제어함과 동시에 기공이 형성될 때 첨가제의 화학적 거동을 조절해서 분리막의 기계적 강도 증가 및 구조적 안정성과 내구성을 크게 향상시킬 수 있었다.
강상욱 교수 연구팀의 이번 연구는 배터리 분리막 기술에 있어 혁신적인 발전을 의미하며, 기존 배터리 기술에 적용될 경우 배터리의 폭발 가능성을 획기적으로 낮출 수 있을 것으로 기대된다.