연세대 이상영 교수팀, 고분자 전고체 리튬전지 개발

[서울=뉴시스](왼쪽부터)연세대 이상영 교수, 김중휘 제1저자, 김주명 제1저자. 사진 연세대 *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]박선민 인턴 기자 = 연세대 화공생명공학과 이상영 교수 연구팀은 고분자 전해질이 도입된 후막 전극을 이용해 기존 대비 3배 이상 전극 용량이 증가한 고분자 전고체 리튬전지를 개발했다고 12일 밝혔다.

이번 연구는 전기차 주행거리 증대 및 안전성 향상과 전고체 전지의 상업화 등 경제성이 확보된 새로운 개념을 학술적으로 제시했다는 점에서 의의가 있다.

전자기기 성능의 발전에 따라, 이를 구동하기 위한 고성능 이차전지 개발의 필요성이 증대되고 있다. 대표적으로 전기자동차에 적용할 고에너지 밀도 전지가 해당된다. 이에 최근 에너지 밀도가 높은 새로운 전극 활물질에 대한 연구가 수행되고 있지만, 신규 전극 활물질을 실제 이차전지에 적용하기 위해서는 많은 시간과 노력이 필요하다.

기존 전극 활물질을 그대로 사용하면서 비교적 쉽게 전지의 에너지 밀도를 높이는 방법은 전극의 활물질 코팅층 두께를 증가 시키는 것이다. 그 예로 기존 전극 8장을 후막 전극 한 장으로 교체하는 경우를 들 수 있다.

그러나 후막 전극은 물리적 균열과 전기화학적 특성 저하 등의 이유로 실제 상업적 적용이 쉽지 않다. 이를 해결하기 위해 새로운 전극 구조 도입 등 다양한 시도를 하고 있지만, 복잡하고 비싼 제조 공정 등의 이유로 이조차 잘 되지 않았다.

이러한 기존 기술의 한계를 극복하기 위해 이상영 교수 연구팀은 기존의 공정 용매 대신 가교 반응 기반 고분자 전해질을 전극 슬러리에 도입했다. 이를 통해 기존 전극 제조 공정을 그대로 사용하면서 가교 고분자 전해질이 포함된 후막 전극을 제조했다.

고분자 전해질이 도입된 후막 전극은 기존 전극 제조 공정에서 물리적 균열 문제를 일으켰던 전극 건조 단계가 필요 없게 돼, 기존 전극 1.5배 이상의 높은 두께를 확보할 수 있었다. 또한 전극 구성 성분들을 균일하게 분포시켜 이온 및 전자를 원활하게 전달할 수 있었다. 이는 기존 상용 전극 용량 대비 3배 이상 수준의 고용량 후막 전극을 제조를 가능하게 했다.

연구팀은 최종적으로 고분자 전해질 기반 후막 전극을 이용해 파우치 형태의 고에너지 밀도 전지를 구현함으로써 전고체 전지의 실질적 상업화 가능성을 선보였다.

연세대 이상영 교수는 "이번 연구는 기존 리튬이온전지 제조 공정과 쉽게 접목 가능한 고분자 전해질 및 이에 기반한 후막 전극을 개발한 것으로, 이를 통해 상업화에 보다 근접한 수준의 전고체 전지 구현 가능성을 제시했다"며 "현재 교내 교원창업기업과 상업화를 위한 관련 후속 기술을 공동 개발 중이며, 향후 1~2년 내에 전기자동차용 고분자 전고체 전지 시제품을 선보일 수 있을 것으로 기대된다"고 밝혔다.

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