KAIST, 고무형태의 고체 전해질 개발..세계 최고성능 전고체전지 구현

에너지밀도 획기적 향상, 안전 문제 해결
1회 충전으로 500k→800km 전기차 주행 가능

(대전=뉴스1) 심영석 기자 = KAIST 생명화학공학과 김범준 교수 연구팀이 미국 연구진과 공동으로 새로운 고무형태의 고분자 전해질을 개발, 세계 최고성능의 전고체전지를 구현했다.

1회 충전으로 현재 500km 수준인 전기자동차 주행가능거리를 최대 800km까지 늘릴 수 있을 것으로 기대된다.

13일 KAIST에 따르면 전고체 리튬메탈전지(all-solid-state Li-metal battery)는 현재 리튬이온전지에 비해 에너지밀도를 획기적으로 향상시켜 자동차 주행거리 확보 및 안전 문제를 해결할 수 있는 ‘꿈의 배터리’ 기술이다.

연구팀은 고무처럼 신축성이 탁월한 엘라스토머 내부에 리튬 이온전도도가 매우 높은 플라스틱 결정 물질을 3차원적으로 연결한 엘라스토머 고분자 고체전해질을 개발했다.

연구팀이 개발한 전해질은 기존에 대표적인 폴리에틸렌옥사이드(PEO) 기반의 고분자 전해질보다 100배 정도 향상된 10-3 S/㎝의 이온전도도를 가진다.

고무처럼 신축성이 우수한 전해질은 전지 충‧방전 시 안정성에 가장 큰 문제가 되는 리튬 덴드라이트(dendrite)의 성장을 억제해, 탁월한 전지 성능 및 안정성을 확보했다.

개발된 고분자 전해질은 얇은 리튬금속 음극과 니켈 리치 양극(NCM-Ni83)으로 구성된 전고체전지에서 4.5V 이상의 고전압에서도 안정적인 구동을 보였다.

또, 410Wh/kg 이상의 세계 최고의 에너지밀도를 나타냈다.

이 기술을 도입하면 한번 충전으로 800km까지 주행 가능한 전기자동차의 구현(현재 500 km수준)이 기대된다.

KAIST 김범준 교수는 “세계 최고 성능 전고체전지를 개발했을 뿐만 아니라 엘라스토머 전해질이라는 기존과는 완전히 다른 새로운 종류의 고체전해질을 발견하는 등 소재 원천 기술을 확보했다는 것에 큰 의미가 있다”라고 설명했다.

한편, 이번 연구성과는 국제 학술지 ‘네이처’에 이날 실렸다.

km5030@news1.kr

사회