국내 연구진, 유연한 리튬이차전지 제작 원천기술 개발

[백나영기자] 간단한 인쇄공정을 통해 형태 변형이 자유로운 고성능·고안전 플렉서블 리튬이차전지 제작 원천기술이 국내 연구진에 의해 첫 개발됐다. 그동안 배터리 크기나 디자인의 한계로 인해 상용화 되지 못했던 차세대 모바일 기기 제조의 돌파구가 마련될 전망이다.

울산과기대 이상영 교수(44세) 연구팀은 고성능·고안전 플렉서블 리튬이차전지 제작 원천기술인 고분자 전해질 기술을 개발했다고 15일 발표했다.

리튬이차전지는 충전과 방전을 반복해 계속 사용할 수 있는 전지로 기존 전지들에 비해 높은 에너지 밀도와 수명이 긴 장점을 가지고 있다. 모바일 기기 전원으로 널리 사용되고 있으며 전기 자동차까지 활용 영역이 급격히 확대되고 있는 추세다.

하지만 현재까지 상용화된 리튬이차전지는 액체상태의 전해질을 케이스에 주입하는 형태로 제조돼 두루말이 디스플레이처럼 유연성을 요구하는 전자기기에는 적용되기 힘들다는 단점이 있다. 또 양극과 음극을 분리하는 분리막이 열에 반응해서 녹을 경우 폭발할 수 있다는 안정성의 문제도 있었다.

이상영 교수 연구팀은 리튬 이온의 이동이 가능한 나노 물질들을 조청과 같은 흐름 특성을 갖도록 제조한 후 이를 마치 빵에 잼을 바르듯이 전극 위에 인쇄하는 방식의 높은 효율과 유연성을 갖는 고분자 전해질을 만드는 데 성공했다.

기존의 액체 전해질 및 고분자 전해질과는 달리 간단한 인쇄 공정을 통해 직접 도입될 수 있는 장점으로 상업적으로 연속 생산이 가능해졌다. 전지의 모든 구성 요소들인 양극, 음극, 전해질을 순차적으로 직접 바름(인쇄)으로써 프린터블(printable) 전지 제조의 기술적 토대를 확보한 것이다.

또 기존의 액체 전해질을 사용한 리튬이차전지가 가진 분리막을 없애고 고체형태로 제조하기 때문에 기존의 이차전지보다 높은 안정성도 기대할 수 있다.

이상영 교수는 "반도체, 디스플레이에 이어 국가 주력 산업으로 성장한 이차전지 분야에서 그동안 극복하지 못한 난제들 중 하나였던 인쇄 가능한 고분자 전해질 원천기술을 확보함으로써 프린팅 공정에 기반한 고성능·고안전 플렉서블 전지 상업화를 앞당길 수 있는 기술적 토대를 마련했다"고 연구의의를 밝혔다.

이번 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단의 '기후변화대응기술개발사업'을 통해 지원됐으며 재료분야의 권위 있는 학술지인 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)' 최신호에 표지논문(Back Cover)으로 게재되었다.