형태 변형이 자유로운 고성능ㆍ고안전성 플렉서블 리튬이차전지 제작 원천기술이 국내 연구진에 의해 최초로 개발됐다. 이에 따라 그간 배터리 크기나 디자인의 한계로 상용화 되지 못했던 차세대 모바일 기기 제조에 돌파구가 마련됐다.
UNIST(총장 조무제)는 지식경제부와 한국에너지기술평가원이 주관한 ‘에너지자원기술개발사업’에 UNIST 이상영 교수(44)와 공주대 조국영 교수(39)가 주도하고, 한국전자통신연구원 이영기, 김광만 박사 등이 공동 참여해 이 같은 연구결과를 도출했다고 15일 밝혔다.
연구결과는 재료분야의 권위 학술지인 ‘어드밴스드 머티리얼즈’ 최신호에 표지논문으로 실렸다.
UNIST에 따르면 현재 상용화된 리튬이차전지는 필름 형태의 양ㆍ음극 및 분리막을 포개어 모은 후 액체전해질을 도시락 같은 케이스에 주입해 제조, 두루마리 디스플레이처럼 유연성을 요구하는 전자기기 추세에 적합하지 않았다. 또한 액체전해질을 사용한 전지는 열에 취약해 폭발 등 안전성에도 문제가 있었다.
이상영 교수 연구팀은 리튬 이온의 이동이 가능한 나노 물질들을 조청과 같은 흐름 특성을 갖도록 제조한 후 이를 마치 빵에 잼을 바르듯이 전극 위에 인쇄, 30초 이내의 짧은 시간 자외선에 노출시켜 높은 효율과 유연성을 갖는 고분자 전해질을 만드는 데 성공했다.
기존 액체 및 고분자 전해질과는 달리 3차원 구조 전극 등 다양한 모양을 갖는 지지체 위에 별도 용매를 사용치 않고 간단한 인쇄 공정을 통한 제작기법을 개발, 상업적으로 연속 생산이 가능한 공정이 가능해진 것이다.
또한 기존 액체 전해질을 사용한 리튬이차전지가 가진 분리막을 없애고, 액체가 아닌 고체형태로 제조하기 때문에 기존 이차전지보다 높은 안정성도 기대할 수 있다.
연구팀이 개발한 고분자 전해질은 기존 액체 전해질에 비해 약 40배 이상 높은 점도를 가져 마이크론 단위의 미세 구조까지 제조가 가능하며, 수 시간 이상 복잡한 단계를 거쳐 제조되는 기존 공정에 비해 짧은 시간 자외선 노출로 전해질 제조가 가능해졌다.
이 교수는 “국가 주력 산업으로 성장한 이차전지 분야에서 그 동안 극복하지 못한 난제 중 하나가 해결됐다”며 “고성능, 고안전성 플렉서블 전지의 상업화를 앞당길 수 있게 됐으며, 향후 차세대 전지에 확대 적용될 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.
목상균기자 sgmok@hk.co.kr
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