韓 연구진, 폭발 않고 휘어지는 '웨어러블 전고체 배터리' 개발

리튬이온 폭발 위험 없앤 차세대 전지… 웨어러블 기기 활용성 높아져
KBSI·화학연 등 공동 성과, 1㎜ 두께 1000번 접었다 펴도 성능 유지

1㎜보다 얇은 웨어러블 전고체 배터리의 단면도./KBSI 제공

국내 연구진이 구부리거나 구겨도 안정적으로 작동하는 전고체 배터리를 개발했다. 폭발 위험이 있는 리튬이온 배터리를 대체할 전고체 배터리가 향후 웨어러블 기기 전원으로도 쓰일 것으로 기대된다.

한국기초과학지원연구원(KBSI)은 김해진 박사 연구팀이 한국화학연구원, 성균관대, 인하대, 전남대 연구팀과 함께 안전하면서도 자유롭게 변형할 수 있는 전고체 배터리를 개발했다고 13일 밝혔다.

현재 리튬이온 배터리는 전자와 이온이 양쪽 극을 오가는 통로인 전해질이 액체 물질로 이뤄져 있다. 액체 전해질은 배터리 폭발과 화재의 원인이 된다. 신체와 맞닿는 웨어러블 기기나 전기차의 배터리로 사용하는 데 한계가 있는 이유다.

전해질을 고체로 바꾼 게 전고체 배터리다. 리튬이온 배터리를 대체하기 위해 용량과 내구성 등을 향상하는 연구가 전세계적으로 이뤄지고 있다.

연구팀은 전고체 배터리를 1㎜보다 얇은 두께를 가지면서도 면적이 넓은 형태로 만들었다. 이 얇은 배터리를 구부리거나 구겨도 성능 저하가 거의 생기지 않는다. 연구팀이 독자 개발한 ‘셀 조립 기술’ 등을 적용한 결과다.

1000밀리암페어시(mAh) 용량의 배터리를 1000번 접었다 펴는 실험결과, 처음의 90% 용량을 유지하는 것으로 나타났다.

웨어러블 전고체 배터리를 1000회 반복해 접었다 펴는 실험 모습./KBSI 제공

연구팀은 향후 10년 내 전고체 배터리가 리튬이온 배터리를 대체할 것으로 전망, 이에 맞춰 웨어러블 전고체 배터리를 상용화하겠다는 계획이다.

김 박사는 "안전성이 담보된 차세대 자유변형 전고체 배터리 제조 기술을 확보했다"며 "웨어러블 전자기기, 무인비행체(드론), 전기차에 활용되는 중·대형 배터리에 적용 가능해 미래 이차전지 산업의 게임체인저 역할을 할 것"이라고 말했다.

연구는 지난 2015년부터 5년간 수행됐으며, 이 과정에서 SCI급 논문 65편, 국내외 특허출원 46건 등의 성과를 거뒀다고 연구팀은 덧붙였다.

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