100도에도 폭발위험 없는 '차세대 리튬 반고체전지' 개발

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초미세 공간 속 리튬 이온 움직임도 세계 최초로 규명

(대전=연합뉴스) 강수환 기자 = 충남대는 신소재공학과 박상백 교수와 전남대 기계공학부 차진혁 교수 공동 연구팀이 높은 온도에서도 폭발 위험이 없는 '차세대 리튬 반고체전지' 기술을 개발하고, 초미세 공간 속 리튬 이온의 움직임을 세계 최초로 규명했다고 8일 밝혔다.

이번 연구 결과는 나노·에너지 소재 분야 국제학술지인 '나노-마이크로 레터스'(Nano-Micro Letters) 온라인판에 게재됐다.

연구에는 충남대 응엔 하이 밍 박사가 제1저자, 충남대 박상백, 전남대 차진혁 교수가 공동 교신저자로 참여했다.

기존 리튬전지는 액체 전해질이 사용돼 고온이나 충격에 노출될 경우 불이 붙거나 폭발할 위험이 있다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 액체 전해질이 흐를 수 없도록 구조적으로 가두는 방식을 선택했고, 전해질을 1차원 나노 구조의 금속유기골격체(MOF) 내부, 서브나노미터 수준의 초미세 공간에 완전히 가두는 데 성공했다.

이번 연구에서 도입한 1차원(1-D) MOF 구조는 연속적인 통로를 통해 기공 외부에 남은 액체 전해질을 제거할 수 있도록 설계했다.

이를 통해 전해질 전체를 반고체 상태로 만들었고, 인공지능(AI) 기반 시뮬레이션을 활용해 머리카락 굵기보다 수만배 작은 초미세 공간 속에서 리튬 이온이 어떻게 움직이는지를 세계 최초로 밝혀냈다.

기존 액체 전해질 기반 전지는 100도의 고온 환경 조건에서 빠르게 성능이 저하되거나 작동이 중단되는 반면, 이번에 개발된 반고체전지는 장시간 구동에도 전압 변동이 작고 안정적인 작동 특성을 유지했다.

이는 개발된 반고체전지의 고온 환경에서의 안전성과 신뢰성을 동시에 확보했음을 실험적으로 입증한 결과라고 연구팀은 밝혔다.

박상백 교수는 "이번 연구는 전해질을 구조적으로 가둬 안전성을 높이고, AI를 활용해 내부에서 일어나는 현상을 직접 확인했다는 데 의미가 있다"며 "전기차, 항공우주, 고온 산업 환경 등 안전성이 중요한 차세대 에너지 저장 기술로 확장될 수 있을 것"이라고 말했다.

swan@yna.co.kr