UNIST(총장 조무제·울산과학기술대학교)는 간단한 인쇄공정을 통해 자유롭게 형태를 변형시킬 수 있는 고성능·고안전성 플렉서블 리튬이차전지 제작 원천기술이 국내 연구진에 의해 최초로 개발됐다고 15일 밝혔다.
UNIST 이상영(44·사진) 교수팀은 리튬 이온의 이동이 가능한 나노 물즐들을 조청과 같은 흐름 특성을 갖도록 제조한 다음 빵에 잼을 바르는 것처럼 전극 위에 인쇄해 30초 이내의 짧은 시간동안 자외선에 노출시켜 높은 효율과 유연성을 갖춘 고분자 전해질을 만드는 데 성공했다.
이 교수팀이 성공한 결과에 따르면 기존의 액체 전해질 및 고분자 전해질과는 다르게 3차원 구조 전극 등의 다양한 모양을 갖는 지지체 위에 별도의 용매를 전혀 사용하지 않고 간단한 인쇄 공정을 통해 직접 도입될 수 있는 장점이 있다. 결국 상업적으로 연속 생산이 가능한 롤투롤(roll-to-roll) 공정 적용이 가능해졌다는 기술적 특징을 갖는다.
이상영 교수는 “전지의 모든 구성 요소들(양극, 음극, 전해질)을 순차적으로 직접 인쇄해 프린터블 전지 제조의 기술적 토대를 확보한 것”이라며 “기존의 액체 전해질을 사용한 리튬이차전지의 분리막을 없애고 액체가 아닌 고체형태로 제조하기 때문에 기존의 이차전지보다 높은 안전성을 기대할 수 있다”고 설명했다.
또 “반도체 및 디스플레이에 이어 국가 주력산업으로 성장한 이차전지 분야에서 그동안 극복하지 못한 난제 가운데 하나였던 인쇄할 수 있는 고분자 전해질 원천기술을 확보해 프린팅 공정에 기반을 둔 고성능, 고안전성 플렉서블 전지 상업화를 앞당길 수 있는 기술적 토대를 마련하게 됐다”고 연구의 의미를 말했다.
그러면서 “앞으로 전고체 전지, 리튬-에어 및 리튬-설퍼 전지 등 차세대 전지에 확대적용될 수 있을 것”으로 기대했다.
연구팀이 개발한 새로운 고분자 전해질은 기존의 액체 전해질에 비해 40배 이상의 높은 점도를 가져 마이크론 단위의 미세구조까지 제조할 수 있을 뿐 아니라 액체 전해질 수준의 전지 특성을 구현했다.
아울러 수시간 이상 복잡한 단계를 거쳐 제조되는 기존 공정에 비해 30초 이내의 짧은 시간동안 자외선에 노출시키는 과정을 통해 고분자 전해질을 제조할 수 있게 됐다.
UNIST 관계자는 “이상영 교수 등의 연구결과는 공정상의 혁신과 국내외에서 출원한 다수의 특허를 통해 해당 분야 기업으로 기술이전 및 상용화가 기대된다”고 강조했다.
한편 차세대 모바일 기기 제조의 돌파구를 마련하는 데는 UNIST 이상영(44) 교수와 공주대 조국영(39) 교수가 주도하고 한국전자통신연구원 이영기·김광만 박사, 미국 일리노이주립대 존 로저스(John Rogers) 교수, 강원대 길은혜 연구원 등이 참여했다.