불 속에서도 폭발하지 않고 정상적으로 작동하는 배터리가 개발됐다. 반복적으로 구부리거나, 심지어 가위로 잘라도 끄떡없이 성능을 유지한다. 프린팅 공정으로 쉽고 빠르게 만들며, 고전압전지로도 구현할 수 있어 전기자동차나 사물인터넷(IoT) 등으로 주목받고 있다.
UNIST(총장 정무영) 에너지 및 화학공학부의 이상영 교수팀은 불 속에서도 터지지 않는 '안전성'과 마음대로 휘어지는 '유연성'을 동시에 확보한 신개념 '플렉시블(flexible) 전고체 리튬이온전지'를 개발했다.
리튬이온전지는 크게 음극, 전해질, 양극으로 나뉜다. 현재 액체 전해질을 이용하는 리튬이온전지가 널리 쓰이는데 폭발에 취약하다는 단점이 있다. 이를 해결하기 위해 전해질까지 모두 고체를 사용하는 '전고체전지' 연구가 활발하다. 기존 연구에서는 주로 무기전해질(고체)을 이용하는 방법이 제시됐는데, 이 경우 유연성이 떨어지는 등의 한계가 있었다.
이상영 교수팀은 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.
연구진은 또 전지의 음극, 전해질, 양극 재료의 유변학 성질을 조절해 잉크 형태로 만들었다.
이 재료들을 단계적으로 프린팅하는 공정을 수행함으로써, 고온·고압 공정을 거치치 않고도 단위 전지가 직렬로 연결된 바이폴라구조의 리튬이온전지를 구현했다.
이 전지의 충전전압은 7.2V의 고전압을 나타냈다.
프린팅 공정 덕분에 장난감 자동차의 지붕 같은 곡면에도 전고체전지를 쉽게 제조할 수 있었다.
개발된 전지는 100회 이상 반복적으로 굽히는 시도 후에도 정상적으로 작동해, 유연성 측면에서도 우수한 향상을 보였다.
김미영기자 myidaho@ulsanpress.net