국내 연구진이 내구성과 전도성을 모두 갖춘 '젤' 형태 전해질을 개발했다. 유연성을 갖춘 전기화학 소자에 응용이 기대된다.
문홍철 서울시립대 교수팀은 랜덤공중합체 기반 고성능 고체 젤 전해질을 개발했다고 5일 밝혔다. 액체와 고체 전해질의 한계를 모두 보완한 새로운 소재다.
상용화된 액체 전해질은 플렉시블·웨어러블 기기에 적용하기에는 기계적 물성이 떨어진다. 누액 문제도 있다. 최근에는 고분자와 염(salt)으로 구성된 고체 전해질 연구가 활발하다.
고체 전해질은 기계적 물성이 뛰어난 반면 이온 전도도가 낮다. 상온에서 사용되는 소자에 적용하기 어렵다. 액체·고체 전해질은 특정 성능을 향상시킬 때 다른 성능이 희생되는 '트레이드-오프' 관계에 있다.
연구팀은 두 가지 단량체가 무작위로 연결된 '랜덤공중합체'를 이용, 상온에서 전도도와 기계적 강도를 모두 갖춘 젤 형태 전해질을 개발했다. 이 방법을 이용하면 고분자 합성 공정이 필요 없다. 젤의 물리적 결합만으로 고성능 전해질을 만들 수 있다.
연구팀은 개발한 젤 전해질을 활용한 소자도 제작했다. 전기를 가했을 때 색이 변하는 소자를 제작, 전해질 성능을 확인했다. 수천 번 구부려도 성능 저하가 없는 플렉시블 디스플레이 구현이 가능했다.
문홍철 교수는 “트레이드-오프 관계로 알려진 이온 전도도와 기계적 강도를 동시에 만족할 수 있는 고성능 고체 전해질을 개발했다”면서 ”배터리, 슈퍼커패시터, 전자피부, 전기화학 디스플레이 등 전기화학반응을 활용하는 모든 소자에 확대 적용할 수 있을 것”이라고 기대했다.
연구 결과는 국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼스'에 실렸다. 과학기술정보통신부, 한국연구재단 기초연구사업(신진연구) 지원으로 수행됐다.
송준영기자 songjy@etnews.com
