보령시와 함께 수행 중인 충청남도 지역혁신 중심 대학지원체계(RISE) ‘보령시 수소산업 육성’ 과제의 지원을 받아 진행된 이번 연구는 차세대 에너지 저장장치 핵심소재 개발 분야에서 주목받고 있다.

2차 전지에서 분리막은 양극과 음극을 나누어 이온만 통과시키는 핵심 소재로, 안전성과 성능을 좌우한다.

현재 널리 쓰이는 폴리올레핀계 분리막은 제조가 쉽고 비용이 낮다는 장점이 있지만, 열 수축으로 인한 내구성 저하와 리튬 덴드라이트 성장 문제로 화재 위험이 커지는 등 안전성에 한계가 지적돼 왔다.

이에 따라 최근 산업계와 학계에서는 점토광물을 활용한 분리막 연구가 차세대 기술로 주목받고 있다.

원 교수팀은 다양한 구조(1D·2D·3D)의 점토광물을 분리막 표면에 코팅한 뒤 형태학적 특성이 성능에 미치는 영향을 분석했다.

그 결과, 점토광물 코팅 분리막은 기존 폴리올레핀계 분리막 대비 전해질 흡수율이 5배 이상 높아졌으며, 열 안정성·기계적 내구성·이온전도도 등 주요 성능이 모두 향상된 것으로 나타났다.

이는 충방전 속도 개선, 수명 연장, 용량 증가 등 2차 전지 전반의 성능 고도화로 이어질 수 있음을 입증한 것이다.

이번 성과는 국제 학술지 Advanced Science(IF 14.1, JCR 상위 7%)에 게재됐다. 수소에너지학과 대학원생 고인서·하서영·최종영 씨가 공동 연구자로 참여했다.

원 교수는 “점토광물의 구조적 특성과 분리막 성능 간의 관계를 규명해 다양한 형태의 차세대 분리막 설계 가능성을 제시한 연구”라며 “보령시의 수소 중심 에너지산업 육성과도 연계돼 미래형 에너지 저장장치 기술로 확장될 잠재력이 크다”고 말했다.

단국대는 충남 RISE 사업과 연계해 신성장동력 산업 중심의 공동연구를 추진하고 있으며, 특히 보령시와 함께 수소에너지 생산·저장·활용 전주기 산업 생태계 구축을 위해 전문 인력 양성과 미래 에너지 소재 개발에 박차를 가하고 있다.