"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.