[대전=뉴스핌] 김태진 기자 = 국내 연구진이 구기거나 잘라도 작동하는 전고체 이차전지를 개발했다.

차세대 배터리로 주목받는 '전고체 이차전지'의 용량과 안전성을 높이는 동시에 자유변형이 가능한 기술이다.

이로써 그동안 실험실 수준에 머물렀던 전고체 이차전지의 상용화에 한걸음 더 다가설 전망이다.

한국기초과학지원연구원(KBSI)은 소재분석연구부 김해진 박사 연구팀이 한국화학연구원, 성균관대학교, 전남대학교, 인하대학교 연구팀과 안전하고 자유변형이 가능한 전고체 이차전지를 개발했다고 13일 밝혔다.

전고체 이차전지의 내부구조 모식도[사진=KBSI] 2021.01.13 memory4444444@newspim.com

연구팀이 개발한 전고체 이차전지는 고체 전해질을 사용했기 때문에 기존의 액체 전해질 이차전지에서 발생하는 폭발 가능성 자체가 원천 차단돼 안전하다.

연구팀은 전지를 절단하거나 전지의 외부 파우치를 열어 내부를 공기 중에 노출시켜도 안정적으로 작동함을 실험을 통해 확인했다.

이 이차전지는 1mm 이하 두께로 얇게 제작된 전지는 구기거나 자르는 등 극한의 변형에도 정상적으로 작동했다.

자유변형이 가능한 특성 때문에 웨어러블 전자기기 디자인의 자유도를 높여줄 기술로 평가된다.

성능 확인을 위해 제작된 100mAh 용량의 전고체 이차전지는 500회 충·방전 및 굽힘 테스트 1000회 진행 후에도 90%의 용량을 유지했다.

단일 셀의 내부구조 모식도[사진=KBSI] 2021.01.13 memory4444444@newspim.com

연구팀은 이번 전고체 이차전지 개발을 위해 양극 및 음극 소재, 집전체, 고체 고분자 전해질 소재의 신규 개발과 기존 소재의 성능 개선을 동시에 수행, 소재 기술을 확보했다.

리튬이온을 전극 내부까지 원활히 이동시킬 수 있는 복합 전극 기술과 계면저항을 최소화할 수 있는 셀 조립기술을 개발했다.

이를 넓은 면적에 적용하기 위한 파우치 형태의 풀셀 전고체 이차전지 제조기술 및 다수의 단일 셀들을 하나의 셀스택 안에서 직렬 혹은 병렬로 연결하는 적층기술을 확보했다.

KBSI 김해진 박사 연구팀이 기념사진을 촬영하고 있다.[사진=KBSI] 2021.01.13 memory4444444@newspim.com

김해진 책임연구원은 "이 기술은 향후 10년 이내에 성능 한계에 도달할 기존 기술을 대체할 수 있다"며 "웨어러블 전자기기와 드론, 전기자동차에 활용되는 중대형 이차전지 모두에 적용 가능해 미래 이차전지 산업의 게임체인저 역할을 할 것"이라고 말했다.

KBSI는 연구과제를 총괄하며 양극 소재 개발 및 전고체 이차전지 조립을 담당했고 한국화학연구원(김동욱 박사 연구팀)과 인하대학교(육지호 교수 연구팀)는 고체 고분자 전해질 소재를 개발했다.

성균관대학교(박호석, 손성욱 교수 연구팀)와 전남대학교(전영시 교수 연구팀)는 음극 소재 개발, 유연 집전체 개발 등을 담당했다.

이번 연구는 국가과학기술연구회의 창의형 융합연구사업으로 수행됐다.

memory4444444@newspim.com