리튬이온 배터리는 재충전을 해도 높은 에너지 저장 능력을 갖췄고 사용하지 않아도 소모량을 최소화하는 특성을 지니고 있다. 이런 이유로 스마트폰과 노트북, 태블릿 등 다양한 디지털 기기가 리튬이온 배터리를 탑재한다.
하지만 스마트폰 발화 사고가 발생하는 등 리튬이온 배터리는 아직까지 안전성과 비용, 환경적 영향 같은 문제를 안고 있는 것도 사실이다. 이런 리튬이온 배터리를 더 안전하게 이용할 수 있도록 하려는 연구가 진행 중이다.
지금까지 리튬이온 배터리의 안전성에 대한 우려는 배터리에 사용하는 전해질에 있었다. 전해질은 전극 사이 전하 이동을 돕기 위한 전하의 길이 되는 만큼 중요하다. 하지만 가연성이 높고 전극 등 리튬이온 배터리의 다른 요소와 화학 반응을 일으키기 쉽고 독성이 높은 물질을 사용할 필요가 있다는 문제가 있었다.
가연성 전해질에 대한 안전 대책은 리튬이온 배터리를 조립할 때 처리 단계에서 취해지고 있지만 이는 전지 기능을 제한하는 단점으로 이어진다. 하지만 새로 발표된 연구에 따르면 수성 전해질을 이용하면 리튬이온 배터리의 안전성을 높일 수 있다는 게 입증됐다고 한다.
수성 전해질은 전기 화학적 안정성이 낮기 때문에 기존 방법으로는 리튬이온 배터리의 전압 범위가 제한되어 버린다. 이에 비해 비수성 전해질은 전극이 기능적이고 넓은 범위 전압을 만들어낸다. 충전할 때 고체 전해질은 분해되면서 전극 표면에 층을 형성한다. 하지만 이 층은 이온 이동을 가능하게 하는 동시에 전자 이동을 막기 위해 높은 전압을 만들어낸다. 이 현상은 충전할 때 전해질이 분해되는 시점 전극 표면에 생기는 막이 포인트다.
하지만 수성 전해질은 분해되는 전해질이 물이기 때문에 발생하는 건 수소와 산소, 수산화이온이며 어느 것도 전해질 표면에 증착되지 않는다. 따라서 기존에는 수성 전해질은 고체 전해질보다 전압이 낮아진다는 생각이 일반적이었다. 수성 전해질을 이용하면 리튬이온 배터리는 낮은 전압인 1.5V 미만, 에너지 밀도는 70Wh/kg 정도가 되는 것. 이런 이유로 현재 전해질 대부분은 고체 전해질을 이용하고 있다.
이에 비해 새로운 연구에선 리튬염과 물을 이용해 기존보다 높은 전압 하에서 안전한 리튬이온 배터리를 만드는 방법을 고안한 것이다. 물에 용해력이 높고 안정적이면서 특정 전위를 받고 가용성이 없는 고체 물질을 수성 매질에 반응하는 리튬염이라는 복잡한 연구 조건을 충족한 것이다. 물론 이를 충족시킨 리튬염은 소수였다고 한다. 리튬비스마이드(LiTFSI)라는 고농도 용액을 이용해 실험을 한 결과 리튬이온이 물 분자 수를 압도하는 등 많은 이온이 비정상적인 반응을 나타냈다고 한다. 이를 통해 안정적으로 3V까지 상승했다는 것. 또 리튬비스마이드 농도를 올리면 전체적인 전기 화학적 안정성이 확대될 것이라고 한다. 기존 리튬이온 배터리보다 안전성은 높으면서 고전압 리튬이온 배터리를 만들 수 있다는 것이다. 물론 실용화까지는 상당 시간이 필요할 수 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.<저작권자(c) 테크홀릭(<a href=https://s.ppomppu1.co.kr?idno=review2_44168&target=aHR0cDovL3d3dy50ZWNoaG9saWMuY28ua3Iv&encode=on target=_blank>http://www.techholic.co.kr/). 무단전재-재배포금지> * 이 기사는 제휴를 통해 뽐뿌에 제공되고 있습니다. | 
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