전해액

전해액 ( Electrolyte )은 이온 전도성을 가지는 물질로, 주로 액체 상태로 존재하며, 이온을 운반하여 전기화학 반응이 일어나도록 돕는 역할을 한다. 전해질이라고도 불린다.

개요

전해액은 양이온과 음이온을 포함하여 전기장을 가했을 때 이온들이 이동하면서 전류가 흐르게 한다. 전해액은 다양한 전기화학 시스템, 특히 배터리, 연료 전지, 전해 콘덴서, 전기 도금 등에서 핵심적인 구성 요소이다. 전해액의 종류와 특성은 해당 시스템의 성능, 안정성, 수명에 큰 영향을 미친다.

종류

전해액은 크게 액체 전해액, 고체 전해액, 겔 전해액 등으로 분류할 수 있다.

• 액체 전해액: 유기 용매 (에틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트 등)에 리튬염 (LiPF6, LiClO4 등)을 용해시킨 형태로, 이온 전도도가 높고 가격이 저렴하여 널리 사용된다. 하지만 누액의 위험성과 낮은 안전성 등의 단점이 있다.
• 고체 전해액: 액체 전해액의 단점을 보완하기 위해 개발된 전해액으로, 고체 상태이기 때문에 누액의 위험이 없고 높은 안전성을 확보할 수 있다. 대표적인 고체 전해액으로는 고분자 전해질 (PEO 등), 세라믹 전해질 (LATP, LLZO 등) 등이 있다. 이온 전도도가 액체 전해액에 비해 낮은 단점이 있다.
• 겔 전해액: 액체 전해액과 고체 전해액의 중간 형태로, 액체 전해액에 고분자 물질을 첨가하여 겔 형태로 만든다. 액체 전해액의 높은 이온 전도도를 유지하면서도 누액의 위험을 줄일 수 있다.

역할

전해액은 전기화학 시스템 내에서 다음과 같은 중요한 역할을 수행한다.

• 이온 운반: 전극 간의 이온 이동 통로를 제공하여 전기화학 반응이 원활하게 진행되도록 한다.
• 전류 전달: 이온을 운반하여 전기 회로를 완성시키고 전류를 흐르게 한다.
• 전극 표면 안정화: 전극 표면에 보호막을 형성하여 전극의 부식이나 분해를 억제한다.
• 전압 유지: 전극 간의 전압을 유지하고 전압 강하를 최소화한다.

관련 연구

전해액의 성능 향상을 위한 연구는 활발히 진행되고 있으며, 높은 이온 전도도, 넓은 전기화학적 창, 높은 안전성, 낮은 가격 등을 목표로 다양한 전해액 소재 및 첨가제가 개발되고 있다. 특히, 차세대 배터리 (전고체 전지, 리튬-황 전지, 리튬-공기 전지 등) 개발에 있어서 고성능 전해액은 핵심적인 요소로 작용한다.