[뉴스웍스=백진호 기자] 조민행 기초과학연구원(IBS) 분자 분광학 및 동력학 연구단장 연구팀이 저온에서 리튬이온배터리 전해액의 용매 구조를 밝히고, 배터리 성능 저하 원인을 규명하는 데 성공했다.

13일 IBS에 따르면 추운 날씨에서 휴대전화 배터리가 더 빨리 닳는데, 이는 배터리 내부 저항의 증가로 배터리 용량이 감소하기 때문으로 알려져 있다. 하지만 아직까지 분자 수준에서 명확한 원인을 밝히지 못한 상태다.

연구팀은 저온 상태의 리튬이온 구조를 규명하기 위해 연구를 진행했다. 연구팀은 저온 장치를 장착한 푸리에 적외선 분광기(FTIR)를 통해 상온(26.85℃, 300K)부터 영하 33.15℃(240K)에 이르기까지 온도를 바꿔가며 리튬이온의 용매 구조와 이온화 과정을 관찰했다. 그 결과, 리튬이온 용매 구조가 정사면체에 국한되지 않고 용매 환경에 따라 3배위, 4배위, 5배위 등의 구조로 변한다는 사실을 확인했다.

연구팀의 연구 결과는 그동안 리튬이온 용매 구조가 리튬이온을 중심으로 4개의 분자로 이뤄진 4배위의 정사면체 구조를 이룬다는 전제 하에서 이뤄져 정사면체 구조만으로 이해할 수 없었던 실험 결과를 설명할 수 있는 근거가 됐다. 

조민행 단장은 "연구 결과는 기존 리튬이온 용매 구조에 대한 지배적인 통념이 실제와 다름을 보여준 것으로, 저온에서도 성능이 떨어지지 않는 새로운 배터리를 설계하는 데 중요한 단서를 제시했다"며 "후속 연구로 전해액에 첨가제가 있는 상황까지 반영해 리튬이온 용매 구조를 파악하는 연구를 수행 중"이라고 말했다.

연구 결과는 미국화학회(ACS)에서 발행하는 국제 학술지 '저널 오브 피지컬 케미스트리 레터스' 8월 18일자에 게재됐고, 추가 표지 논문으로 선정됐다.