한국전기연구원, 세계 처음 '고체전해질 입자 크기 제어 기술' 개발

하윤철 연구팀, 용매 치환으로 입자 크기 축소... 전고체전지 분야 실질적 활용 기대

하윤철 KERI 책임연구원

한국전기연구원(KERI·원장 직무대행 김남균)은 하윤철 KERI 차세대전지연구센터 연구팀이 세계 처음으로 '용매 치환 기반 고체 전해질(황화물계) 입도(입자크기) 제어 기술'을 개발, 국제 학술지에 표지논문으로 게재했다고 26일 밝혔다.

전해질은 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 물질이다. 고체 전해질은 액체 전해질보다 화재나 폭발 위험성이 낮고 이를 적용한 전지를 전고체 전지라 한다.

고체 전해질을 전지에 적용하려면 입도를 머리카락 굵기 100분의 1에 해당하는 1마이크로미터 수준으로 줄여야 한다. 이를 위해 고체 전해질 분말과 볼(ball)을 무극성 용매와 함께 용기에 넣고 고속으로 장시간 회전시켜 입도를 작게 만드는 '습식 볼 밀링(milling)' 방식을 활용해왔다. 하지만 이 방식은 이온 전도도 손실이 크다는 문제를 안고 있다.

연구팀은 '용매 치환' 방식으로 이 문제를 해결했다.

입도를 제어할 고체 전해질 분말(원료)을 알코올과 같은 극성 용매에 섞어 용해한 후 이 용액을 극성 용매 끓는점보다 높은 온도로 가열한 무극성 용매에 주입하자 온도 차이로 인해 극성 용매는 증발하고 고체 전해질은 재결정화되면서 입자 크기가 작아졌다.

저널 오브 머터리얼즈 케미스트리 에이 12월호 표지논문 이미지.

연구팀은 다수 실험으로 고체 전해질 입도를 8마이크로미터에서 0.8마이크로미터로 줄여도 이온 전도도는 85% 수준으로 유지된다는 것을 검증했다. 극성 용매 주입 속도와 노즐 크기, 무극성 용매 온도 및 혼합 속도 등 공정 조건을 조절하면 재결정화되는 고체 전해질 입도와 순도를 제어할 수 있다는 것도 확인했다.

관련 연구 결과는 '저널 오브 머터리얼즈 케미스트리 에이' 제10권 48호에 표지논문으로 실렸다.

하윤철 박사는 “용매 치환 입도 제어 기술은 고체 전해질의 실질적 활용에 가장 필요한 초미세화와 높은 이온 전도성 보유, 저가격화 실현에 기여할 것”이라며 “기업에 기술이전 해 전고체 전지 제조공정 스케일업과 상용화를 앞당기겠다”고 말했다.

창원=임동식기자 dslim@etnews.com