인더뉴스 제해영 기자ㅣ부산대학교는 응용화학공학부 김채빈 교수 연구팀이 인하대학교 최우혁 교수 연구팀과 함께 촉매 없이도 재활용 가능한 고체 고분자 전해질을 개발했다고 16일 밝혔습니다.
연구팀은 기존 전해질이 사용 후 폐기되는 한계를 극복하고, 전해질을 다시 되살려 배터리에 활용할 수 있는 ‘재활용 전해질’ 기술을 선보였습니다. 이번 성과는 에너지·환경 분야의 핵심 과제인 차세대 리튬금속전지의 안정성과 지속가능성을 동시에 해결할 수 있는 대안으로 평가됩니다.
전해질은 전기차와 휴대전화 등에 쓰이는 배터리의 핵심 소재로, 전극 사이에서 이온을 전달해 전류를 흐르게 하는 역할을 합니다. 그러나 기존 열경화성 고분자는 일단 가교되면 재가공이 불가능해 환경 부담과 비용 문제가 컸습니다.
연구팀은 이를 극복하기 위해 동적 공유결합(CAN·covalent adaptable network) 기술을 적용했습니다. 이 결합은 필요시 가역적으로 끊어지고 다시 형성될 수 있어, 사용 후에도 재활용이 가능하고 리튬염 회수까지 가능하다는 점에서 혁신적입니다.
특히 연구진은 β-아미노에스터 기반의 가역적 결합을 고체 고분자 전해질에 도입했습니다. 전지 구동 중에는 안정성을 유지하다가 가열 시 결합 교환 반응이 일어나 네트워크가 재배열됩니다. 사용 후에는 가열 및 용매 처리를 통해 전해질 고분자와 리튬염을 분리·회수할 수 있습니다.
이러한 기술을 적용한 고체 고분자 전해질은 장시간 구동 안정성과 전극 계면 접착력을 확보했습니다. 또한 사용 후에도 전해질과 리튬염을 분리해 다시 재활용할 수 있음을 실증하며 완전 재활용 전지 시스템의 가능성을 제시했습니다.
김채빈 교수는 “이번 연구는 차세대 리튬금속전지의 안정성과 지속가능성을 동시에 확보할 수 있는 새로운 가능성을 보여줬다”며 “특히 사용 후에도 재활용이 가능한 전해질 기술은 미래 운송과 에너지 산업의 친환경 전환을 앞당길 것”이라고 말했습니다.
이번 연구는 한국연구재단과 과학기술정보통신부의 지원을 받았으며, 연구 결과는 국제 학술지 ‘Journal of Materials Chemistry A’ 8월 20일자 온라인판에 표지 논문으로 게재됐습니다. 공동 교신저자로 부산대 김채빈 교수와 인하대 최우혁 교수가, 공동 제1저자로 부산대 양미옥 석사과정생과 인하대 전용하 석사과정생이 참여했습니다.
