불 속에서도 안전하게 작동하며, 용량이 커서 오랫동안 사용할 수 있는 배터리가 개발됐다. 상용화된 리튬 이온 전지보다 용량이 큰 ‘리튬-황 전지’의 성능과 안전성을 개선한 데다 프린팅 공정으로 쉽게 제조할 수 있어 눈길을 끈다. 

UNIST(총장 정무영) 에너지 및 화학공학부의 이상영 교수팀은 프린팅 공정을 이용해 안전성 높은 ‘다형상 전고체 리튬-황 전지(all-solid-state battery)’를 개발했다. 글자나 그림을 사물에 인쇄하듯 전지를 만들어내는 ‘프린팅 공정’과 리튬-황 전지의 고질적 문제인 전지 수명 감소를 해결한 ‘이중층 고분자 전해질’이 핵심 기술이다. 

연구팀은 리튬-황 전지의 성능 저하를 ‘두 개의 층으로 이뤄진 젤(Gel) 상태 전해질’로 해결했다. 음극에는 황화합물이 음극으로 이동하는 걸 억제하는 전해질을, 양극에는 황의 산화와 환원 반응이 잘 일어나는 전해질을 배치한 것이다. 두 전해질은 열역학적으로 안정해 서로 섞이지 않는다. 

전고체 리튬-황 전지를 만드는 ‘단계적 프링팅 공정’이 가진 장점도 많다. 원하는 자리에 다양한 모양의 전지를 직접 제조할 수 있어 사각형 배터리에서 벗어날 수 있다. 이번 연구에서는 굴곡진 평면 구조인 비행기 날개 위에 알파벳 형상의 리튬-황 전지를 제조해 선보였다.

이번 연구는 에너지 분야의 권위 있는 학술지인 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼스 (Advanced Energy Materials)’ 표지 논문 선정돼 10월 24일자로 출판됐다. 연구 진행은 과학기술정보통신부의 중견연구자(도약)지원사업과 기후변화대응기술개발사업의 지원으로 이뤄졌다.
 

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