KETI, 황화물 고체 전해질 대기안정성 강화 기술 개발

조우석 KETI 박사 연구팀이 개발한 ZIF-8이 첨가된 건식 전극 모식도. 〈자료 KETI 제공〉

한국전자기술연구원(KETI)은 특수 나노입자를 활용해 전고체 전지 핵심 소재인 황화물 고체 전해질의 대기 안정성을 향상하는 기술을 개발했다고 7일 밝혔다.

황화물 고체 전해질은 연성이 크고 이온 전도도가 높아, 전기차 등 대면적·고용량 배터리 제조에 제조에 적합한 것으로 평가받는다.

KETI 차세대연구센터 조우석 박사팀은 호주 울런공대 및 경희대와 해외 공동연구를 통해 황화물 고체 전해질 건식 전극의 대기 노출 시 발생하는 황화수소 유해가스를 90%까지 감소시키는 데 성공했다. 수분 및 황화수소 가스를 동시에 흡착하는 ZIF-8(Zeolitic imidazolate framework-8)이라는 금속 유기 골격체(MOFs) 입자를 소량 첨가한 결과다.

동시에 이온전도도의 감소 수준은 25%로 억제했다.

이는 황화물 고체 전해질이 대기 중 수분에 취약해 발생하는 문제를 해결한 것이다. 황화물 고체 전해질은 수분과 결합하면 유해가스인 황화수소를 배출한다. 이 과정에서 전지 성능도 저하되기 때문에 수분이 극도로 제어된 드라이룸과 같은 고비용 시설에서 공정을 진행해야 하는 어려움도 있었다.

KETI는 연구가 특수 드라이룸이 아닌 일반 대기환경에서 진행됐지만 전지 성능 저하도 최소화했다고 밝혔다. 리튬이온전지 2배 수준인 전극 용량 7.3㎃h/㎠ 전지를 상온 100회 충·방전 테스트를 진행한 결과 수명유지율은 98.4%였다.

KETI 측은 “운용 비용이 저렴한 일반 드라이룸에서 전극을 제조할 수 있게 돼 공정 가격을 절감하는 데 기여하고 전고체 전지 상용화를 앞당길 것”이라고 설명했다.

KETI가 제조한 후막 건식 전극으로 대기 노출 환경에서 충방전한 결과 100회 사이클 후 98.4%, 150회 후 96.0%의 수명 유지율을 보였다. 〈자료 KETI 제공〉

이번 연구는 산업통상자원부, 한국산업기술평가관리원의 지원으로 진행됐다. 나노과학 분야 국제 학술지인 ACS Nano 최신호에 게재됐다.

김영호 기자 lloydmind@etnews.com