충남대학교는 신소재공학과 박상백 교수와 전남대학교 기계공학부 차진혁 교수 공동 연구팀이 높은 온도에서도 폭발 위험이 없는 차세대 리튬 반고체전지 기술을 개발했다고 8일 밝혔다.

 

이번 연구는 액체 전해질을 사용하는 기존 리튬전지의 고온·충격 환경에서의 화재 및 폭발 위험을 근본적으로 줄이는 데 초점을 맞췄다. 연구팀은 전해질이 흐르지 않도록 구조적으로 가두는 방식의 새로운 접근법을 적용했다.

 

연구팀은 액체 전해질을 1차원 나노 구조의 금속유기골격체 내부, 서브나노미터 수준의 초미세 공간에 완전히 가두는 데 성공했다. 이를 통해 전해질이 외부로 이동하지 않는 반고체 상태를 구현했다. 이번에 도입한 1차원 MOF 구조는 연속적인 통로를 통해 기공 외부에 남아 있는 액체 전해질을 제거할 수 있도록 설계됐다. 이 구조를 활용해 전해질 전체를 반고체 상태로 전환했다.

 

 

연구팀은 인공지능 기반 시뮬레이션을 활용해 머리카락 굵기보다 수만 배 작은 초미세 공간 속에서 리튬 이온이 이동하는 과정을 분석했다. 이를 통해 초미세 공간에서의 리튬 이온 거동을 세계 최초로 규명했다.

 

실험 결과 기존 액체 전해질 기반 리튬전지는 100도의 고온 환경에서 성능이 급격히 저하되거나 작동이 중단된 반면, 새로 개발된 반고체전지는 장시간 구동에도 전압 변동이 작고 안정적인 작동 특성을 유지했다. 연구팀은 이를 통해 고온 환경에서도 반고체전지의 안전성과 신뢰성을 동시에 확보했음을 실험적으로 입증했다고 설명했다. 특히 폭발 위험 없이 안정적으로 작동한다는 점에서 차별성을 갖는다.

 

박상백 교수는 “전해질을 구조적으로 가둬 안전성을 높이고, AI를 활용해 내부에서 일어나는 현상을 직접 확인했다는 데 의미가 있다”며 “전기차와 항공우주, 고온 산업 환경 등 안전성이 중요한 차세대 에너지 저장 기술로 확장될 수 있을 것”이라고 말했다. 이번 연구 결과는 나노·에너지 소재 분야 국제학술지인 Nano-Micro Letters 온라인판에 게재됐다.

 

헬로티 이창현 기자 |