"폭발없는 배터리 만든다"…국내 연구진, 겔타입 전해질 개발

KIST 구종민 박사팀, 경희대 이제승 교수팀·美 뮐러 교수팀과 공동 연구
증발·누액·발화·폭발 문제 없는 고체 특성 겔 전해질 제조
"고체 겔 상태인데도 액체 전해질보다 이온 전달 특성 우수"
리튬 이차전지, 리튬이온 축전기 등에 적용 가능

KIST 구종민 박사팀이 개발하 겔 타임 전해질(사진 오른쪽)과 기존 액체 전해질(왼쪽)

[아시아경제 강희종 기자]최근 스마트폰의 배터리 발화가 사회적 이슈로 떠오르고 있는 가운데 국내 연구진이 배터리 폭발 위험을 줄일 수 있는 겔(Gel) 타입의 고체 전해질을 개발해 주목된다.

한국과학기술연구원(KIST) 물질구조제어연구단 구종민 박사팀은 경희대학교 이제승 교수팀과 미국 퍼시픽 노스웨스트 내셔널 래버러토리의 칼 T. 뮐러(Karl T. Mueller) 교수팀과 공동으로 이온성 액체와 리튬염의 혼합물을 이용해 이온 전도 특성이 우수하면서 증발, 누액, 발화, 폭발의 문제가 없는 고체 특성의 이온성 액정 겔 전해질을 제조했다고 15일 밝혔다.

이온성 액정 겔 전해질이란 이온성 액체를 구성성분으로 하면서, 구조적으로 규칙적인 결정구조를 가진 물질을 말한다.

전해질은 대표적인 에너지 저장소자인 리튬 이차전지 및 축전기(Capacitor)등의 필수 구성성분으로 전자의 전달은 제한되지만 이온을 전달하는 특성은 우수해야 한다.

현재 리튬이차전지에는 카보네이트계 액체 전해질이 주로 사용되고 있는데 증발, 누액, 발화, 폭발에 취약한 것이 약점으로 꼽히고 있다. 이는 자동차, 에너지저장시스템(ESS) 등 후방 산업으로의 확대되는 데 제약 사항으로 작용하고 있다.

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

KIST 측은 "이번에 개발된 이온성 액정 겔 전해질은 기존 액체 전해질의 문제점인 증발, 누액, 발화, 폭발 문제를 근본적으로 해결할 수 있으며, 특히 고체 겔 상태임에도 불구하고 액체상태보다도 우수한 이온전달특성을 보이는 독특한 특성을 실험을 통해 증명했다"고 설명했다.

구종민 박사는 "이번 연구의 이온성 액정 겔 전해질은 별도의 화학 시약 첨가없이도 물리적 고체 겔화가 가능하며, 종래의 겔 전해질에 비해 전기화학적 특성, 열적 안정성, 이온전도특성이 우수하다"며 "성형성과 가공성이 우수하며 누액, 휘발, 발화, 폭발 가능성이 없어서 기존의 액체전해질의 불안전성 문제를 획기적으로 개선할 수 있다"고 강조했다.

구종민 박사팀은 이번에 개발한 이온성 액정 겔 전해질을 리튬이차전지, 리튬이온 축전기(Capacitor) 등의 에너지 저장 소자에 대한 적용 가능성을 평가해 상용화를 위한 후속 연구에 들어갔다.

이번 연구는 미래창조과학부 지원으로 KIST 기관고유 미래원천기술개발사업과 산업소재원천기술개발사업, 해양경비안전사업으로 수행됐다.

연구 결과는 세계적인 우수 과학 저널인 'Advanced Materials’(IF:18.960)에 11월 9일자 최신호의 표지논문으로(Inside Back-Cover) 게재됐다.

강희종 기자 mindle@asiae.co.kr