▲ 울산과기대 이상영 교수.

인쇄 공정에 기반한 고성능, 고안전성 플렉서블 전지 상업화를 앞당길 수 있는 기술적 토대를 마련됐다.

울산과학기술대학교(총장 조무제, UNIST)는 최근 UNIST 이상영 교수와 공주대 조국영 교수팀이 ‘간단한 인쇄공정을 통해 형태 변형이 자유로운 고성능·고안전성 플렉서블 리튬이차전지’의 제작 원천기술을 개발했다고 밝혔다.

이에 그동안 배터리 크기나 디자인의 한계로 인해 상용화 되지 못했던 차세대 모바일 기기 제조의 돌파구가 마련될 것으로 보인다.

이번 연구는 이상영 교수와 조국영 교수가 주도하고, 한국전자통신연구원 이영기, 김광만 박사 및 미국 일리노이주립대 John Rogers 교수, 강원대 길은혜 연구원 등이 공동 참여했다.

또한 재료분야의 권위 있는 학술지인 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’에 표지논문(논문명: Imprintable, bendable, and shape-conformable polymer electrolytes for versatile-shaped lithium-ion batteries)으로 게재될 예정이다.

현재 모바일 기기 전원으로서 가장 널리 사용되고 있는 리튬이차전지는 휴대용 전자기기부터 전기 자동차까지 활용 영역이 급격히 확대되고 있다.

이상영 교수 연구팀은 리튬 이온의 이동이 가능한 나노 물질들을 조청과 같은 흐름 특성을 갖도록 제조한 후 이를 마치 빵에 잼을 바르듯이 전극 위에 인쇄해 30초 이내의 짧은 시간 동안 자외선에 노출시켜 높은 효율 및 유연성을 갖는 고분자 전해질을 만드는 데 성공했다.

이 기술은 기존의 액체 전해질 및 고분자 전해질과는 달리 3차원 구조 전극 등의 다양한 모양을 갖는 지지체 위에 별도의 용매를 전혀 사용하지 않고 간단한 인쇄 공정을 통해 직접 도입될 수 있는 장점을 갖고 있다. 이에 상업적으로 연속 생산이 가능한 롤투롤(roll-to-roll) 공정 적용이 가능해졌다.

또한 기존의 액체 전해질을 사용한 리튬이차전지가 가진 분리막을 없애고 액체가 아닌 고체형태로 제조하기 때문에 기존의 이차전지보다 높은 안정성을 기대할 수 있다.

연구팀이 개발한 새로운 고분자 전해질은 기존 액체 전해질에 비해 약 40배 이상의 높은 점도를 가져 마이크론(micron) 단위의 미세 구조까지 제조가 가능하다.

이와 동시에 액체 전해질 수준의 전지 특성을 구현했다.

또한 수 시간 이상 복잡한 단계를 거쳐 제조되는 기존 공정에 비해 30초 이내의 짧은 시간 동안 자외선에 노출시키는 과정을 통해 고분자 전해질 제조가 가능해졌다.

이에 공정상의 혁신과 국·내외에서 출원한 다수의 특허를 통해 해당 분야 기업에의 기술이전 및 상용화가 기대되고 있다.

이상영 교수는 “인쇄 가능한 고분자 전해질 원천기술을 확보함으로써 프린팅 공정에 기반한 고성능, 고안전성 플렉서블 전지 상업화를 앞당길 수 있는 기술적 토대를 마련했다”며 “향후 전고체 전지, 리튬-에어 및 리튬-설퍼 전지 등의 차세대 전지에 확대 적용될 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.

▲ '플렉서블 리튬이차전지’의 개념도.