미래부는 울산과학기술대학교(UNIST) 에너지 및 화학공학부 조재필 교수팀이 고성능 플렉서블 2차전지 원천기술을 개발했다고 31일 밝혔다. 이 원천기술은 플렉서블 전지의 완충시간을 1시간에서 10분으로 줄여주며 1㎜ 이내의 얇은 두께로 제작할 수 있게 한다.
디스플레이를 비롯해 스마트 시계 등 신개념 플렉서블 기기에 대한 관심과 수요가 급증하고 있지만, 이에 대응하는 플렉서블 전지 개발 수준은 뒤쳐져 있었다. 플렉서블 전지가 상용화 되기 위해서는 기존 전지수준의 성능이 필수적이며 자유롭게 휘고 늘리는 유연성도 필요했다.
조재필 교수팀은 리튬 이차전지의 핵심요소인 전극 소재와 집전체에 나노기술을 적용해 성능을 최적화하는데 성공했다. 양극소재로 쓰이는 리튬코발트산화물 대신 니켈산화물계를 사용해 충전용량을 20% 향상시키고 복합 산화물을 양극소재 표면에 입혀 전자전도도를 2배 이상 높였다.
음극소재는 천연 흑연을 사용하는 것이 일반적이지만 전자전도도가 13배 높은 팽창흑연 표면에 10나노미터(nm) 이하의 비정질 실리콘 나노입자들을 균일하게 코팅해 기존 흑연대비 용량이 약 60% 향상됐다. 또 오랜 시간 전지를 사용해도 집전체가 단락되지 않도록 표면을 나노구조 벌집모양으로 구성해 접착력을 약 1.7배 높였다.
조재필 교수는 “본 연구에서 개발된 플렉서블 이차전지는 고속 충전이 가능하다는 점이 가장 큰 특징”이라며 “극심한 구부림 테스트에서도 우수한 충ㆍ방전 특성을 구현해 향후 플렉서블 디바이스 시대를 앞당기는데 기여할 것”이라며 연구의의를 밝혔다.
실제 교수팀은 향상된 양극, 음극 소재와 집전체를 이용해 두께 1㎜ 이하의 전지를 제작하고, 기존 1시간 걸리던 완충시간을 10분으로 줄이는데 성공했다. 또 수만번의 구부림 테스트를 반복해도 수명이 안정적으로 유지되는 것도 확인했다.
박재문 미래부 연구개발정책실장은 “상대적으로 저가의 전극물질을 사용하기 때문에 저비용으로 고성능의 플렉서블 이차전지를 얻을 수 있을 것으로 기대한다”며 “앞으로도 새로운 산업을 견일할 수 있는 우수한 연구성과가 사장되지 않고 상용화로 이뤄질 수 있도록 정책적 노력을 다할 것”이라고 강조했다.
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