최근 전기자동차의 관심이 쏟아지면서 전년 대비 전기자동차의 보급이 50%이상 급증했다. 이렇게 전기차 시장이 폭발적으로 성장하면서 전기차의 중요한 부품인 리튬이온 배터리에 대한 관심도 크게 증가하고 있다. 장기적으로 봤을 때 리튬이온 배터리로는 전기차 시장을 확대할 수 없다고 보고 있다. 이에 높은 효율과 낮은 폭발성인 전고체 배터리가 관심을 받고 있다

 

흔히 시계나 리모컨에 사용하는 배터리는 1차 전지로 한번 사용하고 나면 재사용이 불가능하다. 또한 환경오염을 일으킨다는 단점을 갖고 있다. 하지만 2차 전지는 방전 후 다시 충전하면 사용이 가능하다. 2차 전지는 최근 화제가 되고 있는 리튬이온 배터리와 전고체 배터리가 속해있다. 2차 저지는 크게 양극재, 음극재, 전해질, 분리막 이 4가지의 구성되어있다.

 

리튬이온 배터리는 충전 시 양극에 있던 리튬이온 음극재로 이동하고 방전 시 다시 양극재로 돌아나는 원리다. 또한, 액체 상태의 전해질을 사용하는 특징을 갖고 있다. 그러나 이때 외부 충격으로 분리막이 훼손되면 액체 전해질이 흐르고 양극물질이 만나 기화될 때 폭발위험성이 존재한다.

 

전고체 배터리는 액체 전해질을 사용하는 리튬이온 배터리와 달리 고체 상태릐 전해질을 이용하는 배터리다. 또한, 리튬이온 배터리는 양극과 음극 사이에 접촉을 방지하는 분리막이 존재하는 반면, 전고체 배터리는 고체 전해질 분리막 역할까지 대신하고 있다. 이러한 이유로 고체 상태 전해질은 전고체 배터리의 안전성이 높여주는 요소이다. 고체 전해질은 가연성이 적고, 온도 변화, 충격에 의해 위험성이 낮은 편이다.

 

올해 한국기초과학지원 연구팀은 구부릴 수 있고, 구겨도 안정적으로 작동하는 전고체 배터리 개발에 성공했다고 밝혔다. 자유변형이 가능하다는 특성 대문에 전자기기 업계에서 큰 주목을 받고 있다. 자유변형이 가능한 전고체 배터리는 리튬이온을 전극 내부까지 원활히 이동시켜 이온 전도도를 높이는 복합 전극 기술과 계면 저항을 최소화할 수 있는 기술을 사용했다.

 

이에 1mm 이하 두께로 얇게 제작한 전지의 자유변형에도 정상적으로 작동할 수 있다. 또한, 전지를 자르거나 외부 파우치를 열어 공기 중에 내부를 노출시켜도 안정적으로 작동할 수 있다.

 

100mAh 용량을 전고체 배터리를 1000회의 굽힘 테스트와 500회의 충전,방전 테스트를 통해 성능을 확인해 본 결과, 90%의 용량을 유지했다. 이는 넓은 면적의 단일 셀들을 쌓았음에도 전지의 변형이 가능하다는 특징의 전고체 배터리 기술에서 더욱 발전했다는 결과다.

 

이에 연구원은 이 기술은 향후 10년 이내에 성능 한계에 도달할 기존 기술을 대체할 수 있고, 웨어러블 전자기기와 드론, 전기자동차까지 활용될 수 있어 미래 배터리 산업의 게임 체인저 역할을 할 것이라고 말했다.

 

하지만 아직까지 전고체 배터리의 가격, 수명, 에너지 밀도 등 상업화가 가능한 수준에 도달하지 못했다. 많은 연구와 개발을 통해 상업화가 이루어진다면 리튬이온 배터리를 뛰어넘을 절대적인 배터리가 될 수 있을 것이라고 기대하고 있다.

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