전고체 배터리, ‘고체 전해질’ 더 싸게 생산한다

KIST·고려대 연구팀, 신기술 개발
국제 저널 재료화학저널에도 실려

리튬이온 배터리에 비해 동일 용량에도 크기를 줄인 전고체 배터리. [삼성SDI 제공]

[헤럴드경제=김성우 기자] 차세대 배터리로 주목받는 ‘전고체 배터리’의 고체 전해질을 값싸게 대량 생산할 수 있는 공정이 국내에서 개발됐다.

17일 배터리 업계에 따르면 강진구 한국과학기술원(KIST) 나노포토닉스연구센터 선임연구원과 김동완 고려대 건축사회환경공학부 교수 공동연구팀은 하나의 용매만 활용하는 액상공정을 통해 고체전해질을 효율적으로 제작할 수 있는 기술을 개발하는 데 성공했다.

액체 전해질을 쓰는 리튬이온배터리와 달리 고체로 된 전해질을 쓰는 전고체배터리는 에너지 밀도가 높고 화재 위험이 없어 꿈의 배터리로 꼽힌다. 특히 리튬 아지로다이트 황화물계 배터리는 이온전도도와 리튬 호환성, 전기화학적 안정성이 모두 뛰어나 주목받고 있다. 하지만 이를 만들 때 활용하는 고체 상태 혼합물에서 전해질을 만드는 고상공정은 많은 에너지가 필요해 대량 생산에는 한계가 있었다.

이를 대체하기 위한 공정이 최근 개발되고 있지만 여러 용매를 써야 해 공정이 복잡하고 폐수를 분리해 처리하기도 어려워 아쉬움이 많았다. 연구팀이 이번에 개발한 공정은 단 하나의 용매만 써도 이중원소가 들어간 리튬 아지로다이트를 만들 수 있다.

극성이 크고 수소결합이 없는 소재인 ‘아세토나이트릴’ 용매에 특정 순서대로 전구체를 투입해 반응시키는 방법으로, 이렇게 만든 고체전해질은 기존 방식으로 만든 고체전해질과 이온전도도, 리튬 호환성, 안정성 면에서 큰 차이가 없었다고 연구팀은 설명했다.

또 이 공정은 다른 액상공정과 달리 리튬 아지로다이트의 단점인 수분에 약한 점을 보완하기 위해 주석과 게르마늄 등 다른 원소를 넣는 게 가능한 것도 장점이다.

강 선임연구원은 “단일 용매 액상공정은 큰 에너지 없이 저가로 고품질 고체전해질 제작을 가능하게 하므로 대규모 생산에 유리하다”며 “공장 규모 생산을 위한 최적화와 경제성 있는 폐용매처리 기술까지 뒷받침되면 상용 전기차 및 전자기기용 전고체배터리 제작에 실제 활용될 수 있을 것”이라고 기대했다.

연구결과는 국제학술지 ‘재료화학저널 A’에 온라인으로 먼저 공개됐으며, 이달 21일 뒤표지 논문으로 실리게 된다.

zzz@heraldcorp.com