조재필 UNIST 교수팀, 10분내 충전 가능한 플렉서블 이차전지 개발

조재필 UNIST 교수팀, 10분내 충전 가능한 플렉서블 이차전지 개발

조재필 울산과학기술대학교(UNIST) 교수팀이 10분 내로 고속 충전이 가능하고, 두께도 1㎜이내로 만들 수 있는 플랙서블 이차전지 제조 기술을 개발했다.

플렉서블 이차전지의 상용화를 위해서는 기존 전지 수준 이상의 성능에 자유로이 구부리고 펼 수 있는 유연성 확보가 전제돼야 한다.

조재필 교수팀은 리튬 이차전지의 핵심 구성 요소인 전극 소재와 집전체에 나노 기술을 적용, 각각의 성능을 최적화하는 방법으로 이 같은 플렉서블 이차전지의 상용화 조건을 해결했다.

조 교수팀은 양극소재로 쓰이는 리튬코발트산화물 대신 니켈산화물계를 사용해 충전 용량을 20% 늘렸다. 이어 바나듐이 함유된 복합 산화물 층을 양극소재 표면에 입혀 양극 표면의 전자전도도를 2배 이상, 소재 내부의 리튬이온 이동도는 3배 이상 높였다.

높은 에너지 밀도를 구현하기 어려웠던 음극소재에는 전자전도도가 13배 높은 팽창흑연의 표면에 화학기상증착법(CVD)으로 10나노미터(㎚) 이하의 비정질 실리콘 나노입자를 균일하게 코팅했다. 이를 통해 기존 대비 약 60% 높은 고에너지 밀도를 구현하고 고속 충전을 가능하게 만들었다.

집전체의 경우 오랜 시간 전지를 사용해도 단락되지 않도록 집전체 표면을 나노구조 벌집 모양으로 식각해 접착력을 약 1.7배 높였다.

조 교수팀은 이 같은 기술개발 성과를 모아 두께 1㎜ 이하의 첨단 플렉시블 이차전지 제조에 성공했다. 시험 결과, 1시간이 소요됐던 기존 플랙서블 전지에 비해 10분 만에 100% 충전이 가능함을 확인했다. 또 구부림 테스트에서는 200사이클이 진행되는 동안 안정적인 수명 특성을 유지했다.

조재필 교수는 “이번 플렉서블 이차전지는 고속 충전이 가능할 뿐 아니라 극심한 구부림 테스트에서도 우수한 충·방전 특성을 유지했다”며 “향후 플렉서블 디바이스 시대를 앞당기는데 크게 기여할 것’이라 말했다.

한편, 이번 연구는 미래창조과학부 신기술융합형성장동력사업의 지원 아래 수행됐다. 해당 연구 성과는 나노 레터스 7월호에 게재됐다.

울산=임동식기자 dslim@etnews.com