성균관대 안성필 교수 연구팀, 기존 배터리 2배 성능 ‘리튬이온 배터리’ 개발

성균나노과학기술원 안성필 교수(왼쪽) 연구팀. /성균관대

성균관대학교 성균나노과학기술원 소속 안성필 교수 연구팀이 기존 배터리의 2배 성능을 지닌 고에너지·고출력 리튬이온 배터리를 개발하는데 성공했다.

11일 성균관대에 따르면 안 교수 연구팀이 이번에 개발한 배터리는 기존 리튬이온 배터리와 비교해 고에너지 밀도(208Wh/kg)와 고출력 밀도(1048W/kg)의 성능을 가졌다.

기존 리튬이온 배터리는 외부 충격과 변형에 취약하고, 폭발 위험으로 안전성 문제가 제기돼 왔다. 또 전통적인 배터리 제조 방식(슬롯 다이(Slot die) 공정)은 평평한 전극 구조에 전극 소재를 코팅하는 방식으로, 유연성이 떨어지고 배터리 성능이 제한되는 문제를 가지고 있었다.

안 교수 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 전기방사(electrospinning)와 전기도금(electroplating) 기술을 활용해 3차원 퍼콜레이티브 금속 마이크로 웹 기반의 초경량 배터리 전극을 개발했다. 또 새로운 코팅 방식인 정전기 스프레이 기술(electrostatic spraying)을 도입해 3차원 구조에서도 전극이 문제 없이 코팅되도록 했다.

이렇게 만들어진 3차원 전극은 기존의 2차원 전극에 비해 무게가 4배 이상 가벼워졌으며, 반복적인 변형에도 전기적 특성이 거의 변하지 않는 높은 내구성을 보여줬다. 또 3차원 구조 덕분에 전극과 전해질의 접촉 면적이 크게 증가해 리튬이온의 이동성과 전자의 이동 속도가 각각 6배, 4배 이상 향상됐다.

안성필 교수의 이번 연구는 차세대 유연한 전자기기에 필수적인 배터리 기술을 크게 발전시킨 성과로, 기존 배터리 기술의 한계를 극복하는 중요한 계기가 될 것으로 기대된다. 이 연구는 과학기술정보통신부의 연구 지원을 받아 수행됐으며, 세계적인 학술지 어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)에 게재됐다.