KIST(한국과학기술연구원·원장 이병권)는 한상수 계산과학연구센터 박사 연구팀이 '리액티브 포스 필드' 시뮬레이션 기술을 통해 실리콘 전극과 다양한 종류의 전해질 간의 화학반응을 예측할 수 있는 소프트웨어를 개발했다고 6일 밝혔다.

이로써 화학반응 중에 생성되는 다양한 계면막 구성성분과 가스 생성 메커니즘을 규명할 수 있게 됐다.

리튬이온 배터리는 밀도가 높아 무게가 가볍고 고용량의 배터리를 만드는데 유리해 휴대폰, 노트북, 디지털 카메라 등에 많이 사용되고 있다.

리튬이온 배터리는 충·방전을 거듭할수록 전극 표면에서 산화·환원 반응을 통해 전극-전해질 계면막이 형성돼 적층되는데 이것이 배터리의 성능을 저하시킨다.

배터리를 반복적으로 충·방전 하면 계면막이 형성돼 배터리의 성능과 안전성에 결정적인 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.

연구팀은 시뮬레이션 기술을 통해 계면막 내의 가스 성분이 방출되는 과정을 실시간으로 모니터링하며 각 가스 성분이 미치는 영향을 파악하고 이를 제어하는 방법을 제시했다.

또 연구팀은 개발된 시뮬레이션 기술을 온라인상에 그래픽사용자인터페이스 환경을 기반으로 하는 리튬이온 배터리 시뮬레이션 플랫폼인 'iBat'(http://battery.vfab.org) 내에 장착함으로써 계산전문가가 아닌 실험연구자도 쉽게 계면막 형성거동을 예측해 볼 수 있도록 무상으로 제공하고 있다.

한상수 KIST 박사는 "전해질의 종류에 따라 각종 전극 표면에서 계면반응을 미리 예측함으로써 우수한 전해질 및 첨가제 개발의 비용을 절감하고 개발 시기를 앞당길 수 있다"라며 "기존 계산과학기술의 한계였던 소규모 샘플링 방법을 극복해 실제 실험과 유사한 조건에서 결과를 도출해 낼 수 있다"고 말했다.

이번 연구결과는 물리화학분야 국제학술지인 '저널 오브 피지컬 케미스트리 레터스(Journal of Physical Chemistry Letters)'에 6일자로 출판됐다.