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국내 연구진이 심하게 구겨져도 정상적으로 작동하는 리튬 이차전지 원천기술을 개발했다. 이 기술은 손목에 차는 스마트폰이나 두루마리 형태의 디스플레이, 입는 컴퓨터 등 다양한 '플렉시블 전자기기' 전원을 개발하는 데 활용될 수 있을 것으로 전망된다.
미래창조과학부는 20일 이상영(사진) 울산과학기술대(UNIST) 교수와 LG화학 배터리연구소의 김제영 박사 공동연구팀이 자유자재로 변형 가능하면서도 안정적인 리튬 이차전지를 개발했다고 밝혔다.
기존 리튬 이차전지는 심하게 변형시키면 폭발할 수 있어 유연한 기기에 적용하는 데 한계가 있었다. 액체 전해질과 분리막으로 구성된 기존 리튬 이차전지는 변형시키면 열이 발생하는데 이 열에 의해 분리막이 녹으면 양극과 음극이 접촉해 폭발할 수 있다.
연구팀은 '플라스틱 크리스털 고분자 전해질'을 이용해 이 문제를 해결했다. 플라스틱 크리스털은 결정(형태를 이룸)-용융(녹아서 섞임) 상태가 아닌 그 중간의 물리적 특성을 보이는 물질이다. 전해질로 사용하면 우수한 이온전도도와 내열성을 보인다.
연구팀이 개발한 전해질은 액체 전해질 수준의 성능을 유지하면서도 고온에서 이온전도도가 전혀 저하되지 않는 것으로 나타났다. 또 기존의 고분자 전해질보다 두께가 약 10배 얇고 기계적 유연성은 30배 높은 것으로 측정됐다.
이 플라스틱 크리스털 고분자 전해질을 리튬 이차전지에 적용한 결과 전지를 심하게 구기거나 전화선처럼 둘둘 만 상태에서도 발열이나 폭발 없이 안전하게 정상 작동하는 것으로 확인됐다.
이 전해질은 전지 내에서 전해질 역할뿐 아니라 분리막 기능도 할 수 있어 '분리막 없는 전지' 개발에 이용될 수도 있다.
이번 연구 결과는 재료과학 분야 권위지인 '어드밴스트 펑셔널 머티리얼스' 최신호 후면 표지논문으로 선정됐다.
이상영 교수는 "이번 연구를 통해 플렉시블 전지의 상업화를 앞당길 수 있는 기술적 토대가 마련됐다"며 "리튬 이차전지 외에도 다양한 차세대 전지에 확대 적용될 수 있는 고분자전해질 원천소재기술을 확보했다"고 말했다.
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