충남대·전남대 공동연구팀, 세계 최초 ‘반고체전지 초미세 공간 이온 이동’ 규명

[대전타임뉴스=홍대인 기자] 충남대학교 박상백 교수와 전남대학교 차진혁 교수 공동연구팀이 높은 온도에서도 폭발 위험 없이 작동하는 차세대 반고체전지 기술을 개발하고, 초미세 공간 속 리튬 이온의 이동 원리를 세계 최초로 규명했다.

연구 성과는 나노·에너지 소재 분야 국제학술지 ‘Nano-Micro Letters’ 1월 5일자 온라인판에 게재됐다.

연구팀은 액체 상태 전해질을 1차원 금속유기골격체(MOF) 내부의 서브나노미터급 초미세 공간에 완전히 가두는 데 성공했다. 이를 통해 전해질이 흘러내리지 않는 반고체 상태를 구현했으며, 기존 입자형 MOF가 가진 구조적 한계를 1차원 MOF로 개선해 액체전해질의 100% 반고체화를 이루었다.

AI 기반 신경망 포텐셜 시뮬레이션을 도입해 머리카락 굵기의 수만 배보다 작은 기공 내부에서 리튬 이온이 어떻게 움직이는지를 이론적으로 확인한 점도 성과의 핵심이다.

기존 리튬전지는 액체전해질 특성상 고온·충격 시 화재나 폭발 위험이 컸다. 이번 연구에서 개발한 전지는 100℃ 환경에서도 안정적인 충·방전을 반복하며 전압 변동이 작고 구조적 안정성을 유지했다.

실제 고온에서 성능 저하가 빠른 기존 액체전해질 전지와 달리, 반고체전지는 장시간 작동에도 안전성과 신뢰성이 확보됐다.

박상백 교수는 “전해질을 구조적으로 가둬 안전성을 높이고 내부 현상을 AI로 직접 확인했다는 점에서 의미가 크다"고 말했다.

차진혁 교수는 “초미세 기공 내부 이온 이동을 이론적으로 규명해 전지 설계를 과학적으로 최적화할 수 있는 기반을 마련했다"고 밝혔다.