UNIST '2차전지 배터리' 신기술…불 속에서도 안 터지고 오래 쓴다

이상영 교수팀 '리튬-황 전지' 개발

불 속에서도 안전하고 접고 펴기를 반복해도 정상 작동하는 2차전지 배터리가 개발됐다.

UNIST(울산과학기술원)는 이상영 에너지 및 화학공학부 교수 연구팀(사진)이 수명이 길고 안전성이 높은 ‘다형상 전고체 리튬-황 전지’를 개발했다고 12일 발표했다. 글자나 그림을 사물에 인쇄하듯 전지를 만들어내는 프린팅 공정과 전지 수명 감소 문제를 해결한 ‘이중층 고분자 전해질’이 핵심 기술이다.

기존 리튬-황 전지는 리튬을 음극재로, 황을 양극재로 사용해 리튬이온 전지에 비해 에너지 밀도가 다섯 배 이상 높지만 충전과 방전 과정에서 황화합물이 전지의 성능을 떨어뜨리는 단점이 있다.

이 교수 연구팀은 리튬-황 전지의 이 같은 성능 저하를 두 개의 층으로 이뤄진 젤(gel) 상태 전해질로 풀었다. 음극에는 황화합물이 음극으로 이동하는 것을 억제하는 전해질을, 양극에는 황의 산화와 환원 반응이 잘 일어나는 전해질을 배치했다.

제1저자인 김세희 박사는 “이중층 고체 전해질을 배치한 리튬-황 전지는 일반적인 액체 전해질을 투입한 리튬-황 전지에 비해 수명 주기가 두 배 이상 길다”며 “다양한 방식으로 접고 펴기를 반복해도 정상 작동하고, 가위로 자르거나 불을 붙인 상황에서도 불이 나거나 폭발하지 않는다는 사실도 확인했다”고 설명했다.

연구팀은 굴곡진 평면 구조인 비행기 날개 위에 알파벳 형상의 리튬-황 전지를 제조해 선보이는 등 단계적 프린팅 공정 기법을 활용해 다양한 형태의 전지를 제조할 수 있는 길도 열었다. 이 교수는 “프린팅 공정을 이용한 기술로 리튬-황 전지의 실용성을 높여가겠다”고 말했다.

울산=하인식 기자 hais@hankyung.com