차세대융합기술연구원-경기대학교 공동연구팀, 차세대 이차전지 성능 극대화 기술 개발

저습 및 저온 환경에서도 구동 가능한 고성능의 반죽 형태의 전해질 개발

[사진=차세대융합기술연구원]

경기도·서울대학교 공동출연법인 차세대융합기술연구원은 경기도반도체혁신센터 전옥성 박사와 경기대학교의 박상윤 교수 연구팀이 저습 및 저온 환경에서도 우수한 성능을 유지하고 구동할 수 있는 이차전지 기술을 개발했다고 19일 밝혔다.

이번 연구 결과는 권위 있는 국제학술지인 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials, 인용지수 29.698)’에 표지 논문으로 게재됐다.

이차전지는 전기 에너지를 화학 에너지로 변환해 저장하고 필요할 때는 다시 전기 에너지로 변환해 사용할 수 있는 충전 가능한 전지를 말하며 휴대전화, 노트북, 전기 자동차 등 다양한 기기와 시스템에서 사용되고 있다.

[사진=차세대융합기술연구원]

전지는 양극, 음극, 전해질, 격리판의 4대 구성요소로 이루어져 있는데, 액상 전해질을 사용하는 경우 전해질 건조 문제와 누액 문제 등의 한계가 있고 고상 전해질을 사용하는 경우에는 성능과 내구성에 문제가 발생할 수 있다.

특히 아연-공기 전지는 대기 중의 산소를 연료로 활용해 안정성, 경제성, 친환경성을 갖춘 차세대 에너지저장 장치로 주목받고 있으나, 공기극 부분이 외부 공기와 직접적으로 접촉되고 산소를 자유롭게 공급받을 수 있는 개방형 구조로 되어 있어 전해질 내의 수분이 증발하고 전지의 수명을 감소시키는 문제가 있다.

융기원 전옥성 박사와 경기대학교 박상윤 교수 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 고체에서 액체로 변형이 가능한 반죽 형태의 고체 전해질을 단순한 혼합을 통해 제조하는 데 성공했다.

이 새로운 전해질은 저습 환경에서 대기 중의 수분을 흡수해 반죽 형태로 변형할 수 있으며 이를 통해 건조 문제와 이온전도도가 낮은 문제를 동시에 해결할 수 있다. 또한, 상대습도가 20% 이하인 극한의 건조 환경에서도 안정적인 에너지를 유지할 만큼 수분 보존 능력이 매우 뛰어 나다.

한편 이번 연구는 경기도의 지원으로 융기원이 수행한 소재부품장비산업 자립화 연구지원사업을 기반으로 개발됐다.