전기硏, 고체전해질 입자 크기 축소하는 신기술 세계 최초 개발

기존 방식보다 이온 전도도 손실 최소화
국제 저명 학술지 표지 논문으로 실려

전기연구원의 전고체전지용 고체전해질 관련 연구 결과가 저명 학술지 표지 논문에 선정됐다. /전기연 제공

한국전기연구원 연구팀이 고체전해질의 입자 크기를 축소하는 기술을 세계 최초로 개발했다. 전고체전지 상용화에 필수인 초미세화와 단가 하락에 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 예상된다.

26일 한국전기연구원에 따르면, 연구원 차세대전지연구센터 하윤철 박사 연구팀이 세계 최초로 개발한 ‘용매 치환 기반 고체전해질(황화물계) 입도 제어 기술’이 국제 저명 학술지인 ‘저널 오브 머터리얼즈 케미스트리 에이(Journal of Materials Chemistry A)’ 표지 논문에 선정됐다.

전고체전지는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 ‘전해질’을 액체가 아닌, 화재나 폭발 위험성이 낮은 고체로 대체한 것이다. 고체전해질이 전고체전지에 쓰이려면 입자 크기가 머리카락 굵기의 100분의 1에 해당하는 1마이크로미터 수준으로 작아야 한다. 이를 위해 지금은 소량의 고체전해질 분말과 볼을 무극성 용매와 함께 용기에 넣고 고속으로 회전시키는 ‘습식 볼 밀링’ 방식이 활용된다. 하지만 이 방식은 이온 전도도 손실이 크다는 단점이 있다.

전기연구원 연구팀이 개발한 ‘용매 치환’ 방식은 이런 단점을 극복했다. 입도 조절이 필요한 고체전해질 분말(원료)을 알코올과 같은 극성 용매(polar solvent)에 섞어 용해시킨다. 다음으로 이 용액을 극성 용매의 끓는점보다 높은 온도로 가열된 무극성 용매에 주입한다. 온도 차이로 인해 극성 용매는 순간적으로 증발이 되고 고체전해질은 재결정화되어 입자 크기가 작아진다.

연구팀은 용매 치환으로 고체전해질 입자 크기를 8마이크로미터에서 0.8마이크로미터까지 작아지더라도 이온 전도도를 85% 수준으로 유지할 수 있다는 걸 검증했다.

하윤철 박사는 “용매 치환을 통한 입도 제어 기술은 고체전해질의 실질적 활용에 가장 필요한 초미세화 및 높은 이온 전도성 보유, 저가격화를 실현할 것”이라며 “기업체 기술이전을 통해 제조 공정의 스케일업을 추진하고, 전고체전지 상용화에 기여할 수 있도록 노력하겠다”라고 밝혔다.

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