반복적으로 구부리거나, 심지어 가위로 잘라도 끄떡없이 성능을 유지한다. 프린팅 공정으로 쉽고 빠르게 만들며, 고전압전지로도 구현할 수 있어 전기자동차나 사물인터넷(IoT)에 적용이 가능할 전망이다.

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

연구팀이 장난감 자동차 위에 LED램프를 켜고 전지에 불을 붙이는 화재모사 실험을 실시한 결과, 개발한 전고체전지는 불이 붙지 않고 정상적으로 작동되는 모습을 보였다.[제공=UNIST]

리튬이온전지는 크게 음극, 전해질, 양극으로 나뉜다. 현재 액체 전해질을 이용하는 리튬이온전지가 널리 쓰이는데 폭발에 취약한 단점이 있다. 이를 해결하기 위해 전해질까지 모두 고체를 사용하는 ‘전고체전지’ 연구가 활발하다.

연구팀은 전고체전지의 전해질로 유연성이 우수하면서 불에 잘 붙지 않는 고체 상태의 ‘유기전해질’을 도입했다. 전해질의 상태를 액체에서 고체로 바꾸면서 안전성을 확보하고, 무기전해질 대신 유기전해질을 쓰면서 유연성까지 얻은 것이다.

연구팀이 장난감 자동차 위에 LED 램프를 켜고 전지에 불을 붙이는 화재 모사 실험 결과 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. 또 전지의 일부를 가위로 잘라낸 뒤에도 LED 램프가 켜진 상태를 유지해 우수한 안전성을 보였다.

이러한 안전성 향상 외에도 100회 이상 반복적으로 굽히는 평가에서도 물리적 변형없이 정상적으로 작동했다. 

UNIST 에너지 및 화학공학부 이상영(오른쪽) 교수[제공=UNIST]

이상영 교수는 “가위로 자르는 것은 물론 불 속에서도 정상적으로 작동하는 높은 수준의 안전성을 구현함과 동시에 우수한 유연성을 확보한 점이 주목할 부분”이라며 “이 기술은 소형 전자기기는 물론 전기자동차의 전원으로도 널리 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구성과는 영국왕립화학회가 발간하는 국제학술지 ‘에너지 및 환경과학’ 2월호 표지논문으로 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com