[충남일보 김태진 기자] 기초과학연구원(IBS)은 조민행 분자 분광학 및 동력학 연구단장(고려대 화학과 교수) 연구팀이 저온에서 리튬이온 배터리 전해액의 용매 구조를 상세히 규명해 배터리 성능 저하 원인 규명에 한 걸음 다가섰다고 13일 밝혔다.
리튬이온 용매 구조는 리튬이온이 전해액에 녹을 때(용매화) 리튬이온과 주변의 음이온 혹은 용매 분자들이 이루는 구조를 말한다.
리튬이온 용매 구조는 리튬이온을 중심으로 4개의 분자가 있는 4배위의 정사면체 구조(tetrahedral structure)를 이룬다는 것이 정설이었다.
하지만 최근 리튬이온 용매 구조가 정사면체라는 정설로 설명할 수 없는 실험결과들이 잇따라 나오고 있다.
이런 모순의 원인을 밝히기 위해 연구진은 저온 장치가 장착된 푸리에 적외선 분광기(FTIR)를 사용해 상온(26.85℃, 300K)부터 영하 33.15℃(240K)까지 온도를 변화시키며 리튬이온 용매 구조와 이온화 과정을 관찰했다.
그 결과 리튬이온 용매 구조는 정사면체에 국한되지 않고 용매 환경에 따라 3배위, 4배위, 5배위 등 다양한 구조를 가진다는 것을 확인됐다. 정사면체 구조로는 이해되지 않았던 실험들을 설명할 수 있는 결과를 얻은 것이다.
조민행 단장은 “이번 연구는 기존 리튬이온 용매 구조에 대한 지배적인 통념이 실제와 다르다는 것을 보여준 중요한 연구로 저온에서도 성능이 저하되지 않는 새로운 배터리를 설계하기 위한 중요한 단서를 제시했다는 의미가 있다”며 “후속 연구로 전해액에 첨가제가 있는 상황까지 반영해 리튬이온 용매 구조를 면밀히 파악하기 위한 연구를 수행 중”이라고 말했다.
연구결과는 미국화학회(ACS)에서 발행하는 국제학술지 ‘Journal of Physical Chemistry Letters’에 지난 8월18일 게재됐으며, 연구의 우수성을 인정받아 추가 표지논문(Supplementary Cover)으로 선정됐다.