[투데이에너지 장성혁 기자] 스마트폰 배터리 발화가 사회적 이슈로 대두된 가운데 국내 연구진이 배터리 폭발 위험을 줄일 수 있는 겔(Gel) 타입의 고체 전해질을 개발해 주목된다.
한국과학기술연구원(KIST) 물질구조제어연구단 구종민 박사팀은 이제승 경희대학교 교수팀과 미국 퍼시픽 노스웨스트 내셔널 래버러토리의 칼 T. 뮐러(Karl T. Mueller) 교수팀 공동으로 이온성 액체와 리튬염의 혼합물을 이용해 이온 전도 특성이 우수하면서 증발, 누액, 발화, 폭발 위험이 없는 고체 특성의 이온성 액정 겔 전해질을 제조했다고 15일 밝혔다.
전해질은 대표적인 에너지 저장소자인 리튬이차전지와 축전기(Capacitor)의 필수 구성성분이다. 전자의 전달은 제한하고 이온 전달 특성은 우수해야 한다.
현재 리튬이차전지에는 카보네이트계 액체 전해질이 주로 사용된다. 그러나 증발, 누액, 발화, 폭발에 취약한 것이 약점이다. 이러한 특성은 자동차, 에너지저장시스템(ESS) 등 후방산업으로의 확대에 걸림돌로 작용하고 있다.
구종민 KIST 박사팀은 4.36 나노미터 크기의 규칙적인 층상구조를 이루는 스멕틱 액정(Smectic Liquid Crystal) 특성과 고체 겔 특성을 동시에 가지는 전해질을 개발했다. 개발된 이온성 액정 겔 전해질은 기존 액체 전해질의 문제점인 증발, 누액, 발화, 폭발 문제를 근본적으로 해결했다. 특히 고체 겔 상태임에도 불구하고 액체상태보다 우수한 이온전달 능력을 보이는 독특한 특성을 실험을 통해 증명했다.
구종민 박사는 “개발된 이온성 액정 겔 전해질은 별도의 화학 시약 첨가없이도 물리적 고체 겔화가 가능하고 종래의 겔 전해질에 비해 전기화학적 특성, 열적 안정성, 이온전도 특성이 우수하다”라며 “이 외에도 성형성, 가공성이 뛰어나고 누액, 휘발, 발화, 폭발 가능성이 없어 기존 액체전해질의 불안전성 문제를 획기적으로 개선할 수 있다”고 강조했다.
구종민 박사팀은 이번에 개발한 이온성 액정 겔 전해질을 리튬이차전지, 리튬이온 축전기 등 에너지 저장소자에 적용해 상용화하기 위한 후속연구에 박차를 가한다는 방침이다.
이번 연구는 미래창조과학부 지원으로 KIST 기관고유 미래원천기술개발사업과 산업소재원천기술개발사업, 해양경비안전사업으로 수행됐다. 연구 결과는 세계적인 우수 과학 저널인 ‘Advanced Materials’(IF:18.960) 11월9일자 최신호 표지논문으로 게재됐다.