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KBSI, 자유변형 가능한 전고체 이차전지 개발


대면적 적층기술 확보…웨어러블 전자기기에 활용 가시화

KBSI․화학연 등 공동연구팀이 유연한 전고체 이차전지를 개발했다고 발표했다. 구부리거나, 잘라 내거나, 전지의 내부를 공기 중에 노출시켜도 안정적으로 작동하는 모습을 시연하고 있는 사진. [KBSI]

[아이뉴스24 최상국 기자] 한국기초과학지원연구원(KBSI)이 웨어러블 전자기기에 사용할 수 있는 유연한 전고체 이차전지를 개발했다고 13일 발표했다.

한국기초과학지원연구원 소재분석연구부 김해진 박사 연구팀은 한국화학연구원, 성균관대학교, 전남대학교, 인하대학교 연구팀과 공동으로 고체 고분자 전해질을 사용해 안전하고 자유변형이 가능한 전고체 이차전지를 개발했으며, 성능 확인을 위해 제작한 100mAh 용량의 시제품이 500회 충·방전 및 굽힘 테스트 1천회 진행 후에도 90%의 용량을 유지하는 성능을 확인했다고 밝혔다.

연구팀이 개발한 전고체(All-Solid-State) 이차전지는 고체 전해질을 사용했기 때문에 기존의 액체 전해질 이차전지에서 발생하는 폭발 가능성을 원천 차단할 수 있다. 특히, 전지를 절단하거나 전지의 외부 파우치를 열어 내부를 공기 중에 노출시켜도 안정적으로 작동함을 실험을 통해 확인했다.

또한, 1mm 이하 두께로 얇게 제작된 전지는 구기거나 자르는 등 극한의 변형에도 정상적으로 작동했다. 자유변형이 가능한 특성 때문에 웨어러블 전자기기 디자인의 자유도를 높여줄 수 있다.

전고체 이차전지의 내부구조.[KBSI]

연구팀은 양극 및 음극 소재, 집전체, 고체 고분자 전해질 소재를 새로 개발했으며 기존 소재의 성능 개선도 동시에 수행해 전고체 이차전지를 위한 소재 기술을 확보했다고 밝혔다.

특히 리튬이온을 전극 내부까지 원활히 이동시킬 수 있는 복합 전극 기술과 계면저항을 최소화할 수 있는 셀 조립기술, 이를 넓은 면적에 적용하기 위한 파우치 형태의 풀셀(Full Cell) 전고체 이차전지 제조기술, 다수의 단일 셀들을 하나의 셀스택 안에서 직렬 혹은 병렬로 연결하는 적층기술 등을 확보했다.

기초과학지원연구원 김해진 박사팀은 양극 소재 개발과 전고체 이차전지 조립을 담당했으며, 한국화학연구원 김동욱 박사팀과 인하대학교 육지호 교수팀이 고체 고분자 전해질 소재를 개발했다. 성균관대학교 박호석, 손성욱 교수와 전남대학교 전영시 교수 연구팀은 음극 소재 개발, 유연 집전체 개발 등을 담당했다.

연구팀은 이번 연구결과가 "넓은 면적의 단일 셀들을 쌓았음에도 전지의 자유변형이 가능하다는 특징이 기존의 전고체 이차전지 기술에서 진일보한 결과"라고 설명했다. 대면적 적층기술은 대용량 및 고전압 구현에 필수적이다.

연구팀은 또한 "이번에 개발된 전고체 이차전지는 기존의 이차전지 제작 공정을 그대로 활용해 제작할 수 있다는 장점도 가지고 있어 실수요기업과의 협업을 통해 전고체 이차전지의 상용화가 한층 더 수월하게 진행될 것"으로 기대했다.

KBSI 김해진 박사 연구팀 [KBSI]

이번 연구는 국가과학기술연구회의 창의형 융합연구사업으로 5년간 진행됐다. 연구팀은 연구 과정에서 SCI급 논문 65편, 특허출원 46건(해외 8건 포함), 특허 등록 21건(해외 3건 포함) 등을 확보했다.

김해진 박사는 “국내 연구진의 융합연구를 통해 안전성이 담보된 차세대 자유변형 전고체 이차전지 제조 기술을 확보했다. 웨어러블 전자기기와 드론, 전기자동차에 활용되는 중대형 이차전지 모두에 적용 가능해 미래 이차전지 산업의 게임체인저 역할을 할 것”이라고 말했다.

/최상국 기자 skchoi@inews24.com




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