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2017년 11월 13일 월요일

극한 환경에서 견디는 안전한 리튬 이온 배터리



(출처: Johns Hopkins Applied Physics Laboratory)


 리튬 이온 배터리는 스마트폰에서 전기 자동차까지 많은 문명의 이기를 가능하게 만든 발명품입니다. 하지만 단점도 존재합니다. 가장 큰 문제점은 리튬 자체가 인화성이 좋은 소재로 화재나 폭발 가능성이 있다는 것입니다. 강한 충격을 받거나 손상되거나, 고온 환경에 노출되면 화재 위험성이 커지게 됩니다. 


 존스 홉킨스 대학 응용 물리 연구소 (Johns Hopkins Applied Physics Laboratory)의 연구팀은 메릴랜드 대학 및 미 육군 연구소 (Army Research Laboratory)와 협력해서 극한 환경에서도 안전한 리튬 이온 배터리를 개발했습니다. 연구팀은 이 배터리의 성능을 시연하기 위해서 배터리를 자르고 구부리고 소금물에 담구는 등 극한 환경에 노출시켰지만, 모두 안전하게 작동하는 것을 확인할 수 있었습니다. 




(동영상) 


 이 배터리의 비밀은 전해질 내부의 물 분자가 고농도의 소금과 단단히 결합해 (water is strongly bound to the high concentrations of salt) 다른 물 분자와 결합을 방해하기 때문이라고 합니다. 덕분에 전자가 다른 물분자와 결합하지 않는 소수성(hydrophobic) 성질을 지녀 공기 중이나 물 속에 노출되도 불이 붙지 않는다고 합니다. 


 당연히 이런 배터리는 군사 목적으로 활용될 수 있습니다. 총탄이나 파편에 맞거나 혹은 다른 충격에 손상되도 폭발하지 않는 배터리가 있다면 상당히 유용하게 쓸 수 있기 때문입니다. 또 바닷물에 노출되도 화재가 나지 않는 리튬 배터리는 해군에서도 유용하게 사용할 수 있습니다. 


 극한 환경에서 버티는 배터리는 민수용으로도 상당한 수요가 예상됩니다. 러기드 스마트폰이나 태블릿 PC, 그리고 상당한 충격을 받을 수 있는 모든 영역에서 사용이 가능합니다. 특히 전기 자동차의 경우 사고시 화재가 나지 않는 배터리가 중요하기 때문에 충격에 잘 견디는 배터리 개발이 필요합니다. 


 궁극적으로는 리튬보다 안전하고 풍부한 물질을 이용한 배터리 개발이 필요하다고 생각하지만, 이렇게 안전한 리튬 배터리를 개발할 수 있다면 큰 도움이 될 것으로 생각됩니다. 


 참고 


 Chongyin Yang et al. Flexible Aqueous Li-Ion Battery with High Energy and Power Densities, Advanced Materials (2017). DOI: 10.1002/adma.201701972 


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