리튬이온 이동속도가 빠른 젤리 형태 전해질 개발

국내 연구진이 리튬이온의 이동속도가 빠른 젤리형태의 리튬이차전지 전해질을 개발하여 지난 10여 년간 리튬이차전지 시장을 장악해 온 액체전해질을 대체할 수 있어 전해질 분야 새 시대를 열게 되었다.

전해질이란 이차전지의 충전 혹은 방전 과정에서 리튬 이온을 양극 또는 음극으로 전달하는 매개체 역할을 하는 소재. 전해질의 이온전도도, 리튬이온 이동속도 등에 따라 이차전지의 성능 및 안전성에 큰 영향을 미친다.

미래창조과학부‘신기술융합형 성장동력사업’및‘세계수준의 연구중심대학 육성사업’의 지원으로 UNIST 송현곤 교수팀이 주도하고 박노정 교수팀이 공동 수행한 이번 연구는 젤리 형태임에도 불구하고 리튬이온이 기존 액체 전해질 대비 1.5배 이상 빠르게 움직이는 젤리 전해질을 개발한 것으로 전지 성능과 안전성을 동시에 개선할 수 있다는 측면에서 전기자동차 및 에너지 저장장치 분야에 활용될 것으로 예측된다.

기존 리튬이차전지에 사용되고 있는 액체 전해질은 리튬이온이 빠르게 움직이는 장점은 있지만 전해질이 전지 밖으로 흘러나올 가능성으로 인해 안전성에 문제가 있으며 이에 대한 해결책으로 제시되고 있는 젤리 또는 고체형태의 전해질은 리튬이온의 전달율이 큰 것과 안전성은 확보할 수 있지만, 리튬이온이 느리게 움직이는 단점이 있어 상용화에 어려움이 있었다.

이를 극복하기 위해 금번 개발된 신규 젤리 전해질은 젤리 형태로 얽혀있는 고분자 실을 따라 리튬이온이 빠르게 이동하는 원리를 이용 액체 전해질에서 리튬이온이 빠르게 움직이는 장점과 고체 전해질에서 리튬이온의 전달율이 큰 장점을 동시에 확보함은 물론높은 온도에서도 변성이 일어나지 않아 안전하고 더 오래 쓸 수 있어 기존 액체 전해질을 대체할 수 있을 것으로 기대된다.

해당 연구성과는 네이처 자매지 사이언티픽 리포트(Scientific Reports) 5월29일자에 게재되었다.

송현곤 교수는 “이번 연구결과는 소니가 리튬 이차전지를 개발한 이래 현재까지 사용되고 있던 액체 전해질에서 탈피한 새로운 도전으로 향후 전기자동차 및 에너지 저장장치를 활성화시킬 기반을 마련한 것”이라고 밝혔다.