전기차 주행거리 800km까지 높일 전고체전지 개발

KAIST·미국 조지아공대 협력 연구
고무형태 고체 전해질로 우수한 성능

[이데일리 강민구 기자] 한국 연구자들이 한번 충전으로 500km 수준의 전기자동차 주행거리를 800 km까지 늘리는데 쓸 수 있는 전지를 선보였다.

한국과학기술원(KAIST)은 김범준 생명화학공학과 교수 연구팀이 이승우 미국 조지아공대 교수팀과 엘라스토머 고분자 전해질을 개발하고, 이를 통해 세계 최고성능의 전고체전지를 만들었다고 13일 밝혔다.

전고체 리튬메탈전지는 이차전지에 사용되는 휘발성이 높은 액체전해질을 고체로 바꿔 화재나 자동차 안전사고를 막을 수 있는 미래기술이다. 리튬이온전지에 비해 에너지밀도를 높여 자동차 주행거리를 확보하고, 안전 문제를 해결할 수 있다.

연구팀은 상온에서 리튬 이온의 전도도가 높고, 기계적 신축성이 있는 엘라스토머(고무) 형태의 고분자 전해질을 개발했다. 이를 전고체전지에 적용해 410Wh/kg의 세계 최고성능을 보이는 전고체 리튬 메탈전지를 구현했다.

고분자 전해질은 얇은 리튬금속 음극과 니켈 리치 양극으로 구성된 전고체전지에서 4.5V 이상의 고전압에서도 안정적인 구동했다. 1kg당 410Wh 이상의 세계 최고의 에너지밀도도 보였다.

김범준 KAIST 교수는 “미래 배터리라고 불리는 세계 최고 성능 전고체전지를 개발하고, 엘라스토머 전해질이라는 새로운 종류의 고체전해질을 개발해 소재 원천 기술을 확보했다”고 말했다. 이승우 미국 조지아공대 교수는 “이번 연구를 통해 개발한 엘라스토머 전해질은 기존 고체전해질이 가진 문제점을 개선하고, 제조 공정도 간단하기 때문에 전고체전지의 전해질의 게임체인저가 될 것으로 기대한다”고 강조했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처(Nature)’ 1월 13일에 출판됐다.

이승우 교수, 김범준 교수, 한정훈 연구원, 이승훈 연구원.(왼쪽부터 순서대로)(사진=KAIST)

강민구 (science1@edaily.co.kr)