구겨지는 배터리. (사진=미래창조과학부 제공)
국내 연구진이 심하게 구겨도 정상작동하는 리튬 이차전지의 원천기술을 개발해 두루마리 디스플레이나 입는 컴퓨터 등 차세대 전자기기 전원 개발이 앞당겨 지게 됐다.
액체전해질과 분리막으로 이뤄진 기존의 리튬이차전지는 심하게 변형시키면 열이 발생하고 이 때문에 막이 녹아 양극과 음극이 접촉하면 폭발의 위험성이 있다.
따라서 이런 문제를 해결하기 위해 각국 연구진이 고분자 전해질을 개발중이지만 플렉서블 전지로 쓰이는데는 성능과 두께, 유연성 확보에 한계가 있었다.
그런데 울산과기대 이상영 교수팀과 LG 화학 연구팀이 공동으로 개발한 고분자 전해질은 이런 문제를 해결할 수 있다.
비밀은 결정상태도 녹은 상태도 아닌 중간의 물리적 특성을 보이는 '플라스틱 크리스탈'이라는 물질로 전해질로 사용할때 우수한 이온전도도와 내열성을 보인다.
연구진은 이 전해질을 고분자 사슬이 서로 직접 또는 여러개가 결합으로 연결되는 가교반응이 가능한 단량체와 혼합해 다공성 고분자 지지체에 채워 넣은 후 자외선에 30초 이내로 노출시키는 간단한 공정을 사용했다.
이를 통해 내열성과 유연성이 획기적으로 개선된 플라스틱 크리스탈 고분자 전해질을 개발한 것이다.
실험 결과 액체 전해질 수준의 성능을 유지하면서도 섭씨 80도의 고온에서 이온전도도가 저하되지 않는 우수한 내열성을 보였다.
기존의 고분자 전해질과 비교해 두께는 약 10배 정도 얇아졌고 기계적 유연성은 30배 이상 향상됐다.
연구진은 이 물질을 리튬 이차전지에 실제 적용했더니 전지가 심하게 구겨지거나 전화선처럼 말린 상태에서도 발열이나 폭발없이 안전하게 정상적으로 작동했다고 밝혔다.
특히 이 물질은 전지내에서 전해질 역할을 할 뿐 아니라 분리막 기능도 가능해 기존 전지와 달리 분리막 없이 전지를 만들수 있었다.