기사 메일전송
  • 기사등록 2018-02-20 17:59:00
기사수정

▲ 바이폴라 구조의 전고체 리튬이온전지의 제조 공정 모식도.

국내 연구진이 불 속에서도 폭발하지 않고 정상적으로 작동하는 배터리를 개발했다. 반복적인 구부림, 가위로 잘라도 그 성능을 유지한다.

UNIST(총장 정무영)는 이상영 에너지 및 화학공학부 교수팀이 불 속에서도 터지지 않는 ‘안전성’과 마음대로 휘어지는 ‘유연성’을 동시에 확보한 신개념 ‘플렉시블(flexible) 전고체 리튬이온전지’를 개발했다고 20일 밝혔다.

개발된 플렉시블 리튬이온전지는 전지 재료를 잉크 형태로 만들어 프린팅(printing)하는 기술을 도입해 원하는 사물 디자인에 맞춘 배터리를 쉽게 제작할 수 있다.

현재 사용되는 리튬이온전지들은 전해질이 ‘액체’인 것이 널리 쓰이지만 이는 폭발에 취약하다는 단점이 있다.

최근에는 전해질까지 모두 고체를 사용하는 ‘전고체전지’ 연구가 활발하다. 하지만 기존 연구에서 주로 제시되는 무기전해질(고체)을 이용하는 방법은 유연성이 떨어지는 등의 한계가 있었다.

▲ 신규 고체상 유기전해질의 물성: 나이트릴계 전해질과 반상호 침투 고분자 구조체로 구성된 고체상 유기전해질은 스텐실 프린팅 공정을 통해 제조되며, 난연성을 포함한 우수한 열적 안정성과 기계적으로 유연한 특성을 보인다. .

이에 이상영 교수팀은 전고체전지의 전해질로 유연성이 우수하면서 불에 잘 붙지 않는 고체 상태의 ‘유기전해질’을 개발했다. 열적 안정성이 우수한 ‘나이트릴(nitrile)계 전해질’과 ‘반상호 침투 고분자 구조체(Semi-IPN)’로 구성된 신규 고체상 유기전해질이다.

전해질의 상태를 액체에서 고체로 바꾸면서 안전성을 확보하고, 무기전해질 대신 유기 전해질을 사용해 유연성까지 얻었다.

또한 연구진은 전지의 음극, 전해질, 양극 재료의 유변학(rheology) 성질을 조절해 일정 수준 이상의 외부 응력을 받게 되면 프린팅이 가능한 ‘요변성 유체’를 개발했다.

이 재료들을 단계적으로 프린팅하는 공정을 수행해 고온·고압 공정을 거치치 않고도 단위 전지가 직렬로 연결된 바이폴라(bipolar) 구조의 리튬이온전지를 구현했다. 이 전지의 충전전압은 7.2V의 고전압을 나타냈다.

프린팅 공정 덕분에 장난감 자동차의 지붕 같은 곡면에도 전고체전지를 쉽게 제조할 수 있다. 연구진은 장난감 자동차 위에 LED 램프를 켜고 전지에 불을 붙이는 화재 모사 실험도 진행했다.

그 결과 이번에 개발한 전고체전지는 불이 붙지 않으며, 이와 동시에 LED 램프가 계속 켜짐으로써 전지가 정상적으로 작동되는 모습을 보였다. 반면 액체 전해질을 사용하는 기존 리튬이온전지는 불을 붙이는 순간 발화됐다. 또한, 전지의 일부를 가위로 잘라낸 뒤에도 LED 램프가 켜진 상태를 유지해 우수한 안전성을 보였다.

이러한 안전성 향상 외에, 개발된 전지는 100회 이상 반복적으로 굽히는 시 후에도 정상적으로 작동해, 유연성 측면에서도 우수한 향상을 보였다.

이상영 교수는 “현재 이차전지 분야에서 가장 큰 관심사 중 하나가 폭발에서 안전한 전고체전지 개발인데, 이번 연구로 기존과는 다른 새로운 개념을 제시했다”며 “가위로 자르는 것은 물론 불 속에서도 정상적으로 작동하는 높은 수준의 안전성을 구현함과 동시에 우수한 유연성을 확보한 점이 주목할 부분”이라고 강조했다.

그는 이어 “전지 제조 측면에서도 프린팅 공정을 이용하므로 쉽게 전지를 만들 수 있다”며 “이 기술은 고전압 전지 개발에도 이용될 수 있기 때문에, 소형 전자기기는 물론 전기자동차의 전원으로도 널리 활용할 수 있을 것”이라고 전망했다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부의 ‘중견연구자(도약)지원사업’ 및 웨어러블 플랫폼소재 선도연구센터의 지원으로 진행됐다. 연구성과는 ‘에너지 및 환경과학(Energy&Environmental Science, EES) 저널 2월호 표지논문으로 출판됐다.

0
기사수정

다른 곳에 퍼가실 때는 아래 고유 링크 주소를 출처로 사용해주세요.

http://www.amenews.kr/news/view.php?idx=35717
기자프로필
프로필이미지
나도 한마디
※ 로그인 후 의견을 등록하시면, 자신의 의견을 관리하실 수 있습니다. 0/1000
마크포지드 9월
프로토텍 11
디지털제조 컨퍼런스 260
로타렉스 260 한글
이엠엘 260
3D컨트롤즈 260
서울항공화물 260
엔플러스솔루션스 2023
엠쓰리파트너스 23
하나에이엠티 직사
린데PLC
스트라타시스 2022 280
생기원 3D프린팅 사각
아이엠쓰리디 2022
23 경진대회 사각
모바일 버전 바로가기