겔 성분 전해질로 ‘폭발 없는 배터리’ 만든다

↑ 구종민 KIST 책임연구원

국내 연구진이 배터리 폭발 가능성을 대폭 줄일 수 있는 기술을 개발했다.
구종민 한국과학기술연구원(KIST) 물질구조제어단 책임연구원과 이제승 경희대 교수, 칼 뮐러 미국 패시픽노스웨스트국가연구소 박사 공동 연구진은 리튬이온배터리에 사용되는 액체 전해질을 ‘겔’ 형태로 바꾸는데 성공했다고 15일 밝혔다.
리튬이온배터리는 두개의 전극과 전해질로 이루어져 있다. 전해질은 전자의 이동을 도와 전기가 흐를 수 있게 하는 역할을 한다. 현재 ‘카보네이트계 액체전해질’이 주로 사용되고 있다. 하지만 액체 전해질은 증발, 누액, 발화, 폭발에 취약해 리튬이차전지의 안정성 확보에 어려움으로 작용하고 있다. 일반적으로 배터리의 전극과 전극이 닿으면 ‘쇼트’가 발생하면서 급격히 전류가 흐르고 열이 발생하면서 폭발이 일어난다. 배터리 폭발의 ‘트리거’는 전극이고, 폭발의 원인은 전해질이 제공한다.
연구진은 이 같은 문제를 해결하기 위해 겔 형태의 전해질을 만들었다. 전해질이 액체가 아니면 전자가 자유롭게 이동하지 못한다. 연구진은 이를 ‘스멕틱 액정’ 구조로 해결했다. 스멕팅 액정구조는 분자들이 층상구조로 쌓여있는 형태를 말한다. 구종민 책임연구원은 “액체 전해질에서 전자는 확산되며 전달되는데, 우리가 개발한 겔 형태의 전해질에서는 층상구조를 따라 전자가 이동할 수 있다”며 “기존에 고체로 만든 전해질은 전자의 이동성이 크게 떨어졌는데 이같은 단점을 보완했다”고 설명했다.
현재 연구진은 이를 배터리에 직접 적용하는 후속 연구를 진행하고 있다. 구종민 책임연구원은 “이온성 액정 겔 전해질은 기존 액체 전해질의 문제점인 증발, 누액, 발화, 폭발 문제를 근본적으로 해결할 수 있다”며 “특히 고체 겔 상태임에도 불구하고 액체상태보다도 우수한 이온전달특성을 보이는 독특한 특성을 실험을 통해 증명했다”고 덧붙였다. 연구결과는 재료과학분야 국제학술지인 ‘어드밴스드 머터리얼스’ 9일자 표지논문으로 게재됐다.
[원호섭 기자]