다양한 고체전해질 활용해 전고체 배터리 성능 `UP`…대량생산·상용화에 진일보

박찬진 전남대 교수팀, 다공성 복합 고체전해질 개발
출력과 계면저항 문제 극복..공정기술 단순화 기여

박찬진 전남대 교수 연구팀은 다공성 구조의 복합 고체전해질을 개발해 전고체 배터리의 상용화에 한발 다가섰다.

박찬진 전남대 교수

국내 연구진이 차세대 이차전지로 각광받고 있는 전고체 배터리의 성능을 높이는 기술을 개발했다. 전고체 배터리의 대량 생산과 상용화에 진일보한 기술로 보다 신뢰할 수 있는 전고체 배터리 개발에 기여할 전망이다.

한국연구재단은 박찬진 전남대 신소재공학부 교수 연구팀이 전고체 배터리가 안고 있는 출력과 계면저항 등의 기술적 문제를 해결할 수 있는 '다공성 구조의 복합 고체전해질'을 개발했다고 5일 밝혔다.

전고체 배터리는 전해질을 액체 대신 고체를 사용해 폭발과 화재 위험이 없고, 에너지 밀도가 높아 차세대 배터리로 주목받고 있다.

하지만 고체전해질 소재의 제조 비용이 높고, 전극과의 접촉에서 발생하는 계면 저항 등 기술적 한계가 있다. 또한 일부 황화물계 소재는 수분과 반응해 위험할 수 있다.

연구팀은 다양한 종류의 고체전해질을 혼합해 각각의 단점을 보완하고 효율을 높였다. 먼저 산화물 고체전해질 소재를 사용해 특별한 구조의 지지체를 개발했다. 이 지지체는 마치 가시덤불처럼 연속적이고 빈 공간이 있는 다공성 구조로 리튬 이온의 효율적 이동을 돕는다.

연구팀은 지지체를 리튬금속 음극과 니켈함량이 높은 고니켈 양극에 결합해 액상 모노머 용액을 주입하고, 이를 고분자로 중합함으로써 새로운 복합 고체전해질을 만들었다.

복합 고체전해질은 여러 개의 리튬이온 경로를 통해 이온전도성을 크게 높일 수 있고, 전극과 고체전해질 사이의 계면 저항을 줄여 배터리 효율을 향상시켰다.

연구팀은 복합 고체전해질을 적용한 전고체 배터리는 별도의 압력을 가하지 않고도 상온에서 기존 리튬이온 배터리에 맞먹는 우수한 성능을 보였다고 설명했다.

박찬진 전남대 교수는 "출력과 계면저항 개선을 통해 전고체 배터리 기술의 상용화에 한발 다가섰고, 제조 공정 단순화로 양산기술 확보에도 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.

이 연구결과는 재료 분야 국제 학술지 '나노-마이크로 레터스(지난달 12일자)'에 실렸다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr