전기차 배터리 화재 위험성 낮추고 성능 높인다…전고체 배터리 양산 기술 확보

박찬진 전남대 교수 연구팀의 전고체 배터리 구조. 박찬진 교수 제공

우리 연구진이 차세대 배터리인 전고체 배터리 상용화 기술을 개발했다. 전기차 배터리의 전해질을 기존의 액체에서 더 안전한 고체로 바꿈으로써 전기차 안전성과 성능 향상에 기여할 전망이다.

한국연구재단은 박찬진 전남대 교수 연구팀이 다공성 구조의 새로운 복합 고체전해질을 개발해 전고체 배터리 성능을 크게 높이고 양산성을 확보했다고 6일 밝혔다.

고체전해질은 이론적으로 에너지 밀도가 높고 화재 위험성이 적어 이를 적용한 전고체 배터리기술 선점 경쟁이 치열하다.

그러나 고체전해질 소재 제조비용은 기존 리튬이온배터리 전해액의 200배 이상에 달하고 전극과의 접촉에서 발생하는 계면 저항 등 기술적 한계가 존재한다.

연구팀은 다양한 종류의 고체전해질을 혼합해 사용, 각각의 단점을 보완하고 효율을 높이는 방법으로 접근했다.

먼저 산화물 고체전해질 소재를 사용해 특별한 구조의 지지체를 개발했다. 이 지지체는 가시덤불처럼 연속적이고 공간이 있는 다공성 구조로 리튬 이온의 효율적인 이동을 돕는다.

이 지지체를 리튬금속 음극과 고니켈 양극에 결합한 뒤 액상 모노머 용액을 주입하고 이를 고분자로 중합함으로써 새로운 복합 고체전해질을 만들었다.

이 과정은 리튬 이온이 이동할 수 있는 여러 경로를 만들어 고체전해질의 이온 전도성을 크게 향상했다. 또 전극과 고체전해질 사이의 계면 저항을 줄여 배터리 효율을 높였다.

이렇게 제조된 전고체 배터리는 별도 압력을 가하지 않고도 상온에서 우수한 성능을 보이며, 기존 리튬이온배터리와 견줄 수 있는 수준을 달성했다.

박찬진 교수는 “이번 연구 결과는 출력과 계면 저항 개선이라는 전고체 배터리 기술의 주요 진전”이라며 “특히 전고체 배터리 제조 공정을 단순화하는 성과를 거둔 데 의미가 있다”고 말했다.

한편 이번 연구성과는 재료 분야 국제학술지 '나노-마이크로 레터스'에 지난달 12일 게재됐다.

이인희 기자 leeih@etnews.com