ETRI, 얇고 유연한 전고체배터리 핵심 '고체 전해질막' 기술 개발

기존 방법 대비 10배 얇고 모노셀 에너지밀도 6배 높여

[대전=뉴시스] 고체 전해질막의 이온전도도 결과(왼쪽)와 고체 전해질막이 적용된 전지의 충방전 결과(오른쪽). *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 차세대 이차전지인 전고체배터리의 성능을 높일 수 있는 고체 전해질막 개발에 성공했다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 황화물계 고체 전해질과 고분자 직물 지지체를 활용해 고체 전해질막 개발에 성공했다고 18일 밝혔다.

이 새 기술은 기존 펠릿(전고체 전해질 입자를 압축해 만든 작은 조각) 형태 대비 10배 이상 얇고 에너지밀도는 6배 증가한 성능을 보인다.

전고체배터리는 배터리의 핵심구성요소인 전해질을 기존 액체형태에서 고체형태로 대체한 전지로 가연성의 액체 전해질이 고체로 전환돼 누출이나 화재로 인한 위험성을 원천적으로 방지할 수 있다.

고체 전해질 펠릿은 깨지기 쉬운 성질이 있어 이를 적용한 배터리 셀은 유연성을 낮고 두꺼워져 셀의 에너지밀도가 낮아져 상용화에 걸림돌이 돼 왔다.

문제 해결을 위해 ETRI 연구진은 우수한 이온전도도를 갖는 황화물계 고체 전해질과 기계적 강도가 우수한 고분자 직물 지지체를 활용해 얇은 고체 전해질막을 개발했다.

또 대면적화가 용이한 습식공정 기술을 개발해 우수한 성능과 기계적 강도, 유연성을 확보했다.

연구진이 개발한 고체 전해질은 기존 펠릿형태의 고체 전해질 대비 두께가 10배 이상 감소하고 이온전도 특성은 2배 증가했다.

특히 ETRI의 고체 전해질이 적용된 모노 셀의 출력은 20% 향상됐고 부피당 에너지밀도도 기존 대비 6배나 증가했으며 고온 노출시험과 고전압시험을 통해 우수한 안정성도 입증됐다.

ETRI는 이를 통해 높은 용량을 가지면서도 다양한 형태로 유연하게 다변화할 수 있는 차세대 전고체배터리의 상용화에 기여할 것으로 기대하고 있다.

강석훈 선임연구원은 "그동안 고체 전해질을 최종 셀에 적용하는 데에 공정적 한계가 있었는데 이 연구에서 개발한 고체 전해질막은 적용된 배터리 셀의 에너지밀도를 획기적으로 높여 전고체배터리의 상용화 가능성을 크게 높일 것"이라고 말했다.

연구 성과는 국제 학술지 'ACS 응용 재료·인터페이스(ACS Applied Materials & Interfaces)'에 최근 게재됐다.

연구 책임자인 이영기 스마트소재연구실장은 "기존 딱딱하고 두껍고 작은 면적의 펠릿형 또는 두꺼운 시트형 고체 전해질을 얇은 두께와 유연성을 갖는 막 형태로 구현했다"며 "이를 통해 기존 펠릿형 전고체배터리의 기술적 한계를 극복했다"고 밝혔다.

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