구겨도 잘라도 작동하는 '전고체 이차전지' 상용화 '눈앞'

기초지원연, 대면적서 적층기술 확보해 자유변형 가능
웨어러블 전자기기나 드론, 전기차 등에 활용 전망

김해진 기초지원연 박사 연구팀이 개발한 자유변형이 가능한 '전구체 이차전지'의 작동 모습으로, 구부리거나, 잘라 내거나, 전지 내부를 공기에 노출시켜도 안정적으로 작동한다. 기초지원연 제공

김해진 기초지원연 박사(앞줄 가운데)연구팀이 용량과 안전성을 높이면서 자유자재로 변형이 가능한 '전고체 이차전지'를 개발했다. 1000mAh 용량으로 제작한 전고체 이차전지는 500회 충·방전과 굽힘 테스트 1000회 이후 90% 용량을 유지했다. 기초지원연 제공

차세대 배터리로 각광받고 있는 '전고체 이차전지'가 상용화에 성큼 다가섰다. 용량과 안전성을 높이고 자유자재로 변형시킬 수 있는 전지 기술이 개발돼 향후 웨어러블 전자기기와 드론, 전기차 등 중대형 이차전지에 널리 쓰일 전망이다.

한국기초과학지원연구원은 김해진 박사 연구팀이 안전하고, 자유롭게 변형이 가능한 '전고체 이차전지'를 개발했다고 13일 밝혔다.

전고체 이차전지는 액체가 아닌 고체 전해질을 사용해 폭발 가능성을 원천적으로 차단해 안전하다.

연구팀은 리튬이온을 전극 내부까지 원활히 이동할 수 있도록 복합 전극기술과 계면저항을 최소화할 수 있는 셀 조립기술을 개발했다. 또 넓은 면적에 적용하기 위해 파우치 형태의 풀셀(양극재와 음극재가 셀의 양측에 위치하는 셀) 기술을 이용해 하나의 셀 스택 안에 직렬 또는 병렬로 연결하는 적층기술을 확보했다.

이를 통해 넓은 면적의 단일 셀을 적층했음에도 전지를 자유자재로 변형할 수 있고, 대용량과 높은 전압에서도 전고체 이차전지를 구현하는 데 성공했다고 연구팀은 설명했다.

특히 1㎜ 이하 두께로 얇게 제작해 구기거나 자르는 등 극한의 변형에도 정상 작동하는 것을 실험으로 확인했고, 자유자재로 변형할 수 있어 웨어러블 전자기기에도 활용할 수 있다.

연구팀은 100mAh 용량의 전고체 이차전지를 500차례 충·방전과 1000차례 굽힘 테스트 이후에도 용량을 90% 유지하는 것을 확인했다.

김해진 기초지원연 박사는 "이 기술은 안전성이 담보된 차세대 자유변형 전고체 이차전지 제조 기술을 확보한 것으로, 리튬-황 전지, 리튬-공기 전지 등 다양한 차세대 이차전지 개발에 적용할 수 있다"고 말했다.

한편 이 연구는 화학연, 성균관대, 전남대, 인하대 연구팀과 공동으로 수행됐다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr