차세대 플랙서블 전지-그림설명

[시사투데이 배종범 기자]

교육과학기술부는 신기술융합 성장동력사업으로 지원중인 울산과학기술대 조재필 교수 연구팀이 휴대폰 충전시간을 기존보다 1/6로 단축할 수 있는 충․방전 기술을 개발해 차세대 전지개발에 새로운 가능성을 열었다고 밝혔다.

연구단은 차세대 플랙서블 전지의 핵심인 구형 실리콘 나노 음극소재 분말을 뭉치는 현상 없이 입자의 크기를 자유롭게 조절이 가능하고 균일하게 합성할 수 있는 신기술 개발에 성공했다.

집전체의 일정한 패턴으로 파여진 나노크기의 홈에 카본 껍질로 둘러싸인 구형 형태의 실리콘 분말을 응집 없이 삽입이 가능해 고속 충방전과 고용량이 동시에 구현이 가능하다.

입자의 크기도 5nm부터 20nm까지 다양한 크기로 조절이 가능하여 전지의 용도에 맞게 조절해 사용할 수 있다.

조재필 교수는 “카본과 실리콘 전구체들을 녹인 용액을 고압, 고온에서 처리할 경우 나노실리콘 입자가 형성되면서 카본전구체가 자동 형성되어 입자끼리 응집을 방지하는 역할을 한다”며 “카본 껍질층은 전기 전도성이 우수하여 빠른 시간 내에 전자를 통하게 하는 장점을 가지고 있다”고 밝혔다.

현재 상용화되고 있는 휴대폰의 경우 충전 시간이 3시간 정도이지만 이 기술을 적용할 경우 별도의 고속충전기가 없어도 30분 이내로 충전이 가능하면서 사용시간을 100%활용 할 수 있다.

최근 이차전지는 휴대폰, 노트북PC, 이동형 디스플레이에 이르기 까지 응용 분야가 확대돼 시장규모가 급격히 증가함에 따라 모바일용 플렉서블 디스플레이 시장이 급부상하고 있고 전원공급 장치인 이차전지도 플렉서블 형태의 개발이 필수적이다.

플렉서블 전지는 박막형 고용량 소재 및 플랙서블 전극 집전체 제조 기술 확보가 필수적이며 나노기술과 접합을 통해 초고속 충전이 가능해야 한다.

이를 위해 플랙서블한 전지 집전체에 일정한 패턴으로 홈을 파고 이 홈에 고용량 실리콘 분말을 응집 없이 분산시키는 기술이 필수적이다.

이번 연구결과는 응용화학의 권위지인 안게반테케미 국제판(Angew. Chem, Int. Ed.)에 속보판으로 2월 9일자(한국시간)에 게재됐고 연구단은 관련 기술 3건의 국내외 특허출원을 진행 중이다.

※용어설명

1. 나노음극소재

리튬이차전지의 음극은 리튬이온을 저장하여 방출하는 음극분말과 전류를 통하게 하는 집전체로 구성돤다. 나노 음극소재란 이 분말과 집전체를 각각 나노 분말(나노크기)과 나노크기로 일정한 홈이 파여진 형태로 구성된 것을 말한다.

2. 카본전구체 (CARBON PRECURSOR)

카본유기물을 포함한 물질로 이물질을 고온, 고압에서 열처리 시 전도성이 높은 카본으로 변한다.

3. 집전체 (CURRENT COLLECTOR)

전류를 모르는 장치로 일반적으로 이차전지 양극 또는 음극판의 뒤쪽에 붙인다. 현재는 구리 또는 알루미늄 포일을 사용하고 있으나 플렉서블 전지의 경우 전도성 고분자로 대체가 될 전망이다.

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