'고무처럼 늘어나는'배터리 제조기술

- 분리막 소재 개발

울산과학기술원(UNIST) 연구진이 고무처럼 ‘늘어나는 배터리’를 손쉽게 완성하는 기술을 개발했다.

박수진·최남순 에너지 및 화학공학부 교수팀은 늘어나는 배터리에 적용할 수 있는 ‘늘어나는 분리막’을 개발했다고 28일 밝혔다.

분리막은 배터리를 구성하는 핵심요소 중 하나로, 양극과 음극 사이를 분리해 단락 현상을 막고 이온의 이동통로를 제공한다.

연구팀에 따르면 그동안 늘어나는 배터리 연구는 주로 전극 물질이나 배터리 시스템 변형에 초점을 두고 진행됐다. 이때 분리막은 주로 ‘겔(gel) 고분자 전해질’이나 ‘부직포 형태’를 썼는데, 제조과정이 복잡하고 비용이 많이 드는 단점이 있었다.

박·최 교수팀은 간단하면서 값싼 방법으로 분리막 자체를 늘어나는 형태로 개발하는 방법을 제시했는데, 이는 ‘스티렌-부타디엔-스티렌(SBS) 고무’라는 재료를 사용해 늘어나는 성질(연신성)을 확보하는 것이다.

SBS 고무를 용매에 녹였다가 다른 용매에 담가 상(相)을 분리하는 ‘상전이(相轉移) 방법’을 쓰면 사이사이에 구멍(다공성 구조)이 만들어지는데, 이 때문에 분리막이 고무처럼 잘 늘어나는 성질을 유지할 수 있다는 것이다.

이렇게 만든 분리막은 기존 리튬이온배터리에서 정상 작동했을 뿐 아니라, 2배 이상 늘어난 상태에서도 분리막 역할을 잘 수행했다. 또 폭발 위험성이 없는 차세대 이차전지인 ‘수계 전해질 기반 리튬이온 배터리’에 적용하자 배터리 성능 자체를 높였다.

박수진 교수는 “이번 연구는 상전이 방법으로 늘어나는 배터리 분리막을 개발하고 적용한 최초의 사례”라면서 “배터리 분야뿐 아니라 다양한 웨어러블 기기 분야에 적용 가능한 기술로 자리 잡을 것”이라고 기대했다.

이번 연구는 에너지 분야 국제 학술지인 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼스(Advanced Energy Materials) 온라인판에 소개됐다.