KIST 연구팀, 겔 타입 고체 전해질 개발

 

아주경제 신희강 기자 = 최근 국내 연구진이 이온전도 특성이 우수한 겔(Gel) 타입의 고체 전해질을 개발, 폭발로부터 안전한 배터리를 제작할 수 있는 기술을 공개했다.

한국과학기술연구원(KIST) 물질구조제어연구단 구종민 박사팀은 경희대학교 이제승 교수팀과 미국 Pacific Northwest National Laboratory의 Karl T. Mueller 교수팀과 공동으로 이온성 액체와 리튬염의 혼합물을 이용, 이온전도특성이 우수하면서 증발, 누액, 발화, 폭발 문제가 없는 고체특성의 이온성 액정 겔 전해질을 제조했다.

전해질은 대표적인 에너지 저장소자인 리튬이차전지 및 축전기 등의 필수 구성성분으로 전자의 전달은 제한되지만 이온을 전달하는 특성은 우수해야 한다. 현재 카보네이트계 액체전해질이 주로 사용되고 있으며, 액체전해질은 증발, 누액, 발화, 폭발에 취약해 리튬이차전지의 안전성 확보에 큰 문제점으로 대두되고 있다. 이로 인해 리튬이차전지를 이용한 후방산업인 전기자동차 및 대용량 에너지저장시스템(ESS)등의 시장성장에 제약사항으로 작용하고 있었다.

구 박사팀은 자기조립 특성으로 인해 4.36 나노미터 크기의 규칙적인 층상구조를 이루는 스멕틱 액정 특성과 고체 겔 특성을 동시에 가지는 전해질을 개발했다. 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.

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구 박사는 "본 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 우수해 기존의 액체전해질의 불안전성 문제를 획기적으로 개선 가능하다"고 말했다.

본 연구는 미래창조과학부 지원으로 KIST 기관고유 미래원천기술개발사업과 산업소재원천기술개발사업, 해양경비안전사업으로 수행됐다. 연구 결과는 세계적인 우수 과학 저널인 ‘Advanced Materials’(IF:18.960)에 9일자 최신호의 표지논문으로(Inside Back-Cover) 게재됐다.