한·중·일 3국 간의 치열한 배터리 패권 전쟁이 가속화되고 있는 가운데 국내 연구팀이 폭발 위험성이 없는 이차전지용 전해질 소재 개발을 완료했다. 이차전지가 스마트폰을 비롯해 전기자동차와 가전제품 등 다양한 분야에 사용되는 만큼 후속 기술 개발에 대한 기대감도 커지고 있다.

17일 한국전자통신연구원(이하 ETRI)은 "신동옥 박사와 KAIST 김상욱 교수가 함께하는 공동 연구팀이 유기-무기 전해질 간 계면 이온저항층을 제거해 이온전도도와 충·방전 성능을 향상시킨 하이브리드 전해질을 개발했다"고 밝혔다.

이차전지는 충전을 통해 반영구적으로 사용이 가능해 생활 속 어디서나 흔히 사용되고 있다. 가장 많이 적용되고 있는 모바일과 스마트폰은 물론이고 전기자동차와 가전제품에 이르기까지 다양한 분야에서 사용돼 관련 연구도 활발한 상황이다.

하지만 현재 사용하고 있는 이차전지는 내부에 사용되는 액체 전해질이 불에 잘 타는 습성이 있어 화재 및 폭발 위험성이 크다. 생활형 제품 적용이 빈번한 탓에 늘 위험요인을 안고 사용해야 하는 단점이 있었다. 연구팀이 고체 전해질을 이용한 새로운 이차전지 개발에 나선 이유다.

그간 고체 전해질 개발이 불가능했던 이유는 소재에 따라 계면 저항이 높거나 공정이 까다로워서였다. 이번에 개발된 이차전지는 하이브리드 전해질이다. 액체처럼 유연한 고분자인 유기물과 무기물을 섞어 위험성을 줄이면서 높은 전도도를 유지 할 수 있도록 설계한 게 골자다.

또 연구팀은 이번 개발과정에서 이차전지 제조 공정에서 무기 고체 전해질 소재 표면에 자연적으로 형성되는 ‘이온 저항층’이 전도 성능을 낮추는 원인임을 밝혀낸 것으로 알려진다. 반도체 공정에서 사용중인 건식 식각법을 이용해 이온 저항층을 제거하는데 성공했다.

신동옥 ETRI 지능형센서연구실 박사는 "이번 연구를 통해 만들어진 만들어진 하이브리드 전해질은 기존 전해질 대비 이온전도도의 성능이 2배 향상되는 것을 확인했다"며 "이를 기반으로 제조된 전지의 효율 특성 또한 약 3배 수준 증가됐다"고 설명했다. 

이어 그는 "새로운 개념으로 전해질을 설계하면서 보다 폭넓은 이차전지 연구가 가능해졌다"며 "향후 더욱 다양한 유무기 하이브리드 전해질 연구를 통해 안전하면서도 높은 성능을 지닌 이차전지가 상용화 될 수 있도록 개발에 힘쓰겠다"고 강조했다.

차승민 기자 smcha@nvp.co.kr