UNIST 이상영·곽상규 교수팀 연구 성과 발표 “리튬금속전극 등 차세대 배터리 활용 가능” 주성미 ▲ UNIST 에너지 및 화학공학부 이상영 교수. (UNIST 제공) ▲ UNIST 에너지 및 화학공학부 곽상규 교수. (UNIST 제공) 고체 전해질을 사용해 폭발하지 않는 안전한 배터리로 꼽히는 ‘전고체전지’의 성능을 크게 높일 수 있는 신개념 물질이 개발됐다. 8일 울산과학기술원(UNIST)에 따르면 에너지 및 화학공학부 이상영·곽상규 교수팀은 리튬 이온만 선택적으로 빠르게 이동하는 신개념 ‘고체이온전도체’를 개발했다. 고체이면서 리튬 이온만 효과적으로 전달한다는 점에서 전고체전지나 리튬금속전지 등 차세대 배터리의 원천소재로 기대를 모으고 있다. 대부분 리튬이온전지는 인화성 액체 전해질을 사용해 화재나 폭발 등에 취약하다. 이 대안으로 고체 전해질이 개발되고 있는데, 이온 전도가 낮고, 이온 이동경로가 복잡해 배터리 성능을 높이는 데 한계가 지적됐다. 이상영 교수팀은 유기 분자가 공유결합을 이룬 다공성 물질인 ‘공유결합성 유기 골격 구조체(covalent organic frameworks, COFs)’에 주목했다. 이 물질 내부에는 규칙적으로 배열된 통로가 생기는데, 이를 리튬 이온만 다니도록 설계해 전도의 성능을 비약적으로 높인 것이다. 액체를 전혀 사용하지 않는 고체상으로 안전성을 확보하면서도, ‘단(單)이온 리튬 전도성’을 구현해 성능을 높인 것이 특징이다. 양이온인 리튬 이온은 짝을 이루는 음이온도 함께 움직이는 게 일반적인데, 이는 전지 성능을 낮추게 된다. 연구진은 리튬 이온과 짝을 이룰 음이온성 단량체(monomer)를 사용해 유기 골격 구조체를 합성했고, 리튬 이온만 구조체의 통로로 이용하는 이상적인 흐름이 구현됐다고 밝혔다. 이상영 교수는 “이번 연구를 고체 이온전도체를 설계하는 새로운 방향을 제시해 전고체전지를 포함한 차세대 전지의 상업화에 꼭 필요한 ‘고성능 고체 전해질’ 개발의 발판을 마련한 것”이라며 “특히 폭발 위험이 있는 유기용매를 완전히 배제하면서 리튬 이온만 선택적·효과적으로 전달할 수 있어 전고체전지 전해질뿐만 아니라 반응성이 높은 리튬금속전극에서도 우수하게 활용될 수 있다”고 말했다. 과학기술정보통신부의 중견연구자(도약)지원사업과 삼성전자 미래기술육성센터 지원으로 진행된 이번 연구는 ‘미국 화학회지(Journal of the American Chemical Society, JACS) 온라인 속보로 게재됐으며, 출판을 앞두고 있다.
울산과학기술원 에너지 및 화학공학부 이상영, 곽상규 교수팀이 리튬금속전극 등 차세대 배터리를 활용해 고성능 안전 배터리로 꼽히는 '전고체전지' 성능을 높힐 '고체이온전도체'를 개발했다고 밝혔다.