KIST "'미래 배터리' 전고체전지 전해질 상온 제조 기술 개발"

"제조 단가 낮추고 전지 안정성 높여"

상온 전고체 전해질 개발 연구논문 표지 [KIST 제공. 재판매 및 DB 금지]

(서울=연합뉴스) 조승한 기자 = 차세대 배터리로 꼽히는 전고체 전지용 전해질을 고온 열처리 없이 상온에서 만드는 기술이 개발됐다. 제조 단가를 낮출 수 있으면서 소재 탄성을 높여 전고체 전지의 안정성도 동시에 키울 수 있다는 기대가 나온다.

한국과학기술연구원(KIST)은 에너지소재연구센터 김형철 책임연구원팀이 높은 이온전도성과 탄성을 가진 고체전해질을 상온과 상압에서 합성하는 데 성공했다고 15일 밝혔다.

전고체 전지는 양극과 음극 사이 전해질이 고체로 된 전지다. 에너지 밀도가 높고 화재나 폭발 위험성이 낮아 차세대 배터리 기술로 꼽히나 액체 전해질과 비슷한 수준의 이온전도성을 확보해야 하는 게 과제다.

전해질 소재 중에는 이론적으로 결정화를 시키면 이온전도성을 매우 높일 수 있는 황화물 아지로다이트가 주목받아 왔으나, 이를 위해선 500도 이상 고온 열처리를 거쳐야 했다. 또 이렇게 만든 경우 탄성이 떨어져 전고체 전해질의 단점인 음극과 양극에 잘 달라붙지 않는 문제를 해결하기 어려웠다.

아지로다이트 전해질 상온 제조 공정 [KIST 제공. 재판매 및 DB 금지]

연구팀은 아지로다이트 결정화 온도를 낮추기 위해 기계 화학적 공정인 '밀링'을 2단으로 적용하는 새 공정을 개발했다.

이를 통해 고온 열처리 없이도 액체 전해질과 비슷한 13.23mS/cm 이온전도도를 가지는 아지로다이트 합성에 성공했다.

이 소재는 탄성도도 다른 고체전해질보다 낮아 전지 계면에 활용하는 데 유리하다고 연구팀은 설명했다.

또 15시간 내로 공정을 마무리할 수 있어 기존 공정 대비 소재 생산성을 최대 6배 높였다고 연구팀은 덧붙였다.

김 책임연구원은 "고온 열처리 공정을 없애 소재 생산성을 극대화하고 전극계면 문제 해결에 적합한 고탄성·고이온 전도성을 동시에 갖췄다"며 "전기자동차와 에너지 저장시스템(ESS)에 적합한 전고체 전지 상업화의 기폭제가 될 것"이라고 말했다.

연구 결과는 국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼스'에 실렸다.

shjo@yna.co.kr

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