리튬 배터리는 인류에게 큰 도약을 가져왔습니다. 스마트폰, 멀티로터 드론, 장거리 전기자동차, 전기자전거, 전천후 노트북, 전기 외발자전거, 스케이트보드 등 우리 모두는 리튬 배터리를 갖고 있지만, 고밀도 리튬 배터리는 엄청난 양의 에너지를 함유하고 있어 열폭주가 발생할 경우 엄청난 피해를 입힐 수 있습니다. 그래서 연구진은 배터리 자체에 소화 기능을 내장했습니다.
리튬 배터리의 경우 열 폭주 및 방전이 발생할 가능성이 적으며, 특히 엄격한 표준에 따라 제조되고 적절하게 유지 관리되는 경우 더욱 그렇습니다. 그러나 이제 우리 집, 회사, 차고, 배낭, 차량에 리튬 배터리가 너무 많고 값싸고 표준 이하인 배터리가 너무 많기 때문에 리튬 배터리 화재는 생활의 현실이 되었습니다. 2022년에만 뉴욕시에서 리튬 배터리 화재가 200건 이상 발생했습니다. 화재가 발생했을 때 주변에 있고 싶지 않을 것입니다.
작은 용량의 리튬 배터리에 불이 붙으면 방 창문이 날아갈 정도로 폭발력이 강력하다. 용융된 금속을 뿌리고 인근 건물과 차량에 불을 붙이는 화염방사기가 될 수 있으며, 열 폭주가 발생하면 진화가 어렵습니다. 그러나 클렘슨 대학(Clemson University)과 후난 대학(Hunan University)의 연구원들은 해결책에 대한 획기적인 진전을 이루었다고 말합니다.
연구팀은 일반적인 고인화성 전해액을 소화기에 사용되는 전해액으로 대체해 새로운 형태의 리튬 이차전지를 개발했다. 뿐만 아니라 배터리 전해액으로 일반 가연성 유기용매를 사용하는 대신 3M의 노벡(Novec) 7300 불연성 열유체를 개량해 사용했다.
"전해질은 전하를 운반하는 리튬 이온이 리튬 이온 배터리의 양극과 음극 사이의 분리막을 통과할 수 있게 해줍니다."라고 연구원 중 한 명이 The Conversation의 기사에서 썼습니다. "저렴한 상업용 냉각수를 배터리 전해액으로 기능하도록 수정함으로써 자체 화재를 소화할 수 있는 배터리를 만들 수 있었습니다."
자기소화성 전해질은 리튬이온 배터리와 칼륨이온 배터리 모두에서 우수한 성능을 발휘하며, 못이 배터리를 관통해도 불이 붙지 않습니다. 소화기 용액은 전해질로도 잘 작동하여 -75~80°C(-100~175°F) 범위에서 잘 작동하고 기존 전해질보다 극한의 열과 추위를 훨씬 더 잘 처리하며 경우에 따라 크게 증가된 충전 주기 횟수에도 배터리 용량을 유지합니다.
또한 상업적 규모로 쉽게 확장 가능한 것으로 보입니다. 연구진은 "우리의 대체 전해질은 현재 사용되는 전해질과 유사한 물리적 특성을 갖기 때문에 현재 배터리 생산 라인에 쉽게 통합될 수 있다. 업계가 이를 수용한다면 기업들은 기존 리튬이온 배터리 장비를 활용해 불연성 배터리를 생산할 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다.