[과학계 프론티어]현미경으로 파헤치며 배터리 충·방전 연구, 이현욱 UNIST 교수

[이데일리 강민구 기자] 배터리 기술이 모바일 기기부터 전기차 등에 활발하게 적용되면서 효율이 높고 안전한 배터리 개발 경쟁도 치열해지고 있다. 차세대 배터리 개발에서 기본적인 기술 중 하나가 바로 배터리 내부 구조를 파악하는 것이다.

이현욱 울산과학기술원(UNIST) 교수는 국내에서 손꼽히는 배터리 소재 실시간 분석 전문가로 통한다. 이 교수는 실시간 투과전자현미경을 이용한 분석기술을 기반으로 이차전지의 속을 파헤지고, 전자현미경과 에너지 저장 소재 영역으로 연구를 확장하고 있다.

이차전지는 양극물질, 음극물질, 전해질, 분리막으로 구성된다. 우수한 이차전지를 개발하려면 다양한 전자현미경을 이용해 전극 재료 분석, 소재 분석, 활물질 확인 등을 먼저 해야 한다. 특히 현미경으로 구조를 파악한다는 점에서 이차전지를 최대한 잘 모사한 나노 크기의 배터리를 만들어 현미경 속에서 움직임을 분석하는 게 중요하다.

연구팀은 그동안 리튬 금속 음극의 전기화학 증착 과정을 세계에서 처음 관찰하는 등의 성과를 거뒀다. 실시간 투과전자현미경 분석으로 실리콘, 양극 물질 분석이 대부분 이뤄지고 있을 때 차세대 음극 활물질로 알려진 리튬 금속의 충·방전 거동을 관찰하기도 했다. 차세대 이차전지 활물질로 주목받는 프러시안 블루라는 물질이 리튬이온이나 나트륨 이온을 저장할 때 격자 내에 복수의 이온을 저장할 수 있다는 사실을 증명한 것도 주목할 만한 성과다.

연구팀은 이러한 연구를 확장해 전지 시스템의 안전성과 열화현상을 규명할 계획이다. 이 교수는 “배터리 화재 발생이나 주행거리의 한계와 같은 문제점은 앞으로도 보완해야 할 사안”이라며 “리튬이온전지라는 하나의 시스템을 모든 응용분야에 이용하려면 요구 조건이 많아질 수 밖에 없어 각 요소가 상용화 수준으로 개발돼야 한다”며 “앞으로 각 특색에 맞는 응용분야 연구가 이뤄져야 한다”고 말했다.

이현욱 울산과학기술원 교수(오른쪽).(사진=울산과학기술원)