UNIST(총장 조무제)는 이상영 교수 연구팀이 고성능‧고안전성 플렉서블 리튬이차전지 제작 원천기술인 고분자 전해질 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.
리튬이차전지는 충전과 방전을 반복해 계속 사용할 수 있는 이차전지로, 리튬 이온이 양극과 음극 사이를 이동하면서 전기화학 반응을 유도해 기존 전지들에 비해 높은 에너지 밀도와 수명이 긴 장점을 가지고 있다. 현재 모바일 기기 전원으로서 가장 널리 사용되고 있으며 휴대용 전자기기부터 전기 자동차까지 활용 영역이 급격히 확대되고 있다.
하지만 현재까지 상용화된 리튬이차전지는 필름 형태의 양극, 음극 및 분리막을 서로 포개어 모은 후 액체상태의 전해질을 도시락 같은 케이스에 주입해 제조돼 왔다. 이는 두루말이 디스플레이처럼 유연성을 요구하는 앞으로의 전자기기 추세에는 적합하지 않을 뿐만 아니라 액체전해질을 사용하는 리튬이차전지는 열에 취약해 폭발하는 등 안전성에 문제도 제기됐다.
이상영 교수 연구팀은 리튬 이온의 이동이 가능한 나노 물질들을 조청과 같은 흐름 특성을 갖도록 제조한 후 이를 마치 빵에 잼을 바르듯이 전극 위에 인쇄해 30초 이내의 짧은 시간 동안 자외선에 노출시킴으로써 높은 효율 및 유연성을 갖는 고분자 전해질을 만드는 데 성공했다.
기존의 액체 전해질 및 고분자 전해질과는 달리 3차원 구조 전극 등의 다양한 모양을 갖는 지지체 위에 별도의 용매를 전혀 사용하지 않고 간단한 인쇄 공정을 통해 직접 도입될 수 있는 장점으로 상업적으로 연속 생산이 가능해졌다. 전지의 모든 구성 요소들(양극, 음극, 전해질)을 순차적으로 직접 바름(인쇄)으로써 프린터블(printable) 전지 제조의 기술적 토대를 확보한 것이다.
또한 기존의 액체 전해질을 사용한 리튬이차전지가 가진 분리막을 없애고 액체가 아닌 고체형태로 제조하기 때문에 기존의 이차전지보다 높은 안정성을 기대할 수 있다.
이상영 교수는 “반도체 및 디스플레이에 이어 국가 주력 산업으로 성장한 이차전지 분야에서 그동안 극복하지 못한 난제들 중의 하나였던 인쇄 가능한 고분자 전해질 원천기술을 확보함으로써 프린팅 공정에 기반한 고성능, 고안전성 플렉서블 전지 상업화를 앞당길 수 있는 기술적 토대를 마련했다"고 밝혔다.
한편 이번 연구는 재료분야의 권위 있는 학술지인 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’ 최신호에 표지논문(Back Cover)으로 게재됐다.
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