국내 연구진, 겔 타입 고체 전해질 개발 '폭발 없는 배터리 구현'

기존 액체 전해질의 증발·누액·발화·폭발 등 불안전성 획기적 개선

[프라임경제] 갤럭시노트7·아이폰7 등 배터리 발화 사태가 이어지는 가운데 폭발로부터 안전한 겔 타입의 고체 전해질이 개발됐다. 이로써 폭발 위험에서 자유로운 배터리 구현에 한 발 더 다가서게 됐다.

한국과학기술연구원(원장 이병권·이하 KIST) 물질구조제어연구단 구종민 박사팀은 이온성 액체와 리튬염 혼합물을 이용해 이온전도특성이 우수하면서 증발·누액·발화·폭발 문제가 없는 고체특성 이온성 액정 겔 전해질을 제조했다고 15일 밝혔다.

이 연구는 이제승 경희대학교 교수팀과 미국 퍼시픽 노스웨스트 국립연구소(PNNL) 칼 T. 뮐러(Karl T. Mueller) 교수팀과 공동으로 진행됐다.

전해질은 대표적인 에너지 저장소인 리튬이차전지 및 축전기 등 필수 구성성분으로 전자의 전달은 제한되지만 이온을 전달하는 특성은 우수해야 한다.

현재 카보네이트계 액체전해질이 주로 사용되는데 액체전해질은 증발·누액·발화·폭발에 취약하다. 이에 따라 리튬이차전지를 이용한 후방산업인 전기자동차 및 대용량 에너지저장시스템(ESS)등의 시장성장에 제약사항으로 작용하고 있었다.

구 박사팀은 자기조립 특성으로 4.36 나노미터(nanometer) 크기의 규칙적인 층상구조를 이루는 스멕틱 액정(Smectic Liquid Crystal) 특성과 고체 겔 특성을 동시에 갖는 전해질을 개발했다.

이는 액체 전해질의 문제점을 근본적으로 해결할 수 있다. 특히 고체 겔 상태임에도 액체상태보다도 우수한 이온전달특성을 보이는 독특한 특성을 실험으로 증명했다.

구 박사팀은 이번에 개발한 이온성 액정 겔 전해질을 리튬이차전지·리튬이온 축전기 등의 에너지 저장 소자에 대한 적용 가능성 평가를 거쳐해 상용화를 위한 후속연구에 박차를 가하고 있다.

구 박사는 "이온성 액정 겔 전해질은 별도의 화학 시약 첨가 없이도 물리적 고체 겔화가 가능하며 기존 겔 전해질에 비해 전기화학적 특성·열적 안정성·이온전도특성·성형성·가공성이 우수하다"고 설명했다.

이어 "누액·휘발·발화·폭발 가능성이 없어서 기존 액체전해질의 불안전성 문제를 획기적으로 개선할 수 있다"고 덧붙였다.