연구재단, 구멍 뚫린 고체전해질로 전고체 배터리 상용화 나서

전남대 박찬진 교수팀, 다공성 구조 새 복합 고체전해질 개발
화재 위험성 해소하고 성능 높인 양산 기술, 국제학술지 게재

[대전=뉴시스] 다공성 구조의 새로운 복합 고체전해질 구조.(사진=전남대 박찬진 교수 제공) *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 차세대 배터리인 전고체 배터리를 상용화할 수 있는 원천기술이 국내 연구진에 의해 확보됐다.

한국연구재단은 전남대학교 박찬진 교수팀이 전고체 배터리의 성능을 크게 높이며 양산성까지 갖는 다공성 구조의 새로운 복합 고체전해질을 개발했다고 6일 밝혔다.

전기차용 배터리의 용량을 높이고 폭발 및 화재 위험성을 해소하는 기술 경쟁이 치열해지면서 전기차 배터리의 전해질을 기존 액체에서 고체로 대체하는 전고체 배터리에 대해 관심이 집중되고 있다.

고체전해질은 에너지 밀도가 높고 화재 위험성이 적어 전고체 배터리의 핵심 요소로 꼽히지만 아직 고체전해질 소재의 제조비용이 높고 전극과의 접촉에서 발생하는 계면저항 등 기술적 한계가 있다.

고체전해질 소재는 크게 황화물계, 산화물계, 폴리머 3가지 종류로 나뉘며 가장 유망한 황화물계 고체전해질의 주원료(Li2S) 가격은 리튬이온배터리 전해액의 200배 이상이다. 현재 이들 고체전해질의 장점을 조합하는 복합 고체전해질 연구가 진행되고 있다.

이번에 박찬진 교수팀은 전고체 배터리의 핵심 요소인 고체전해질의 리튬 이온 전도성 개선을 위해 산화물 고체전해질 소재를 사용, 특별한 구조의 지지체를 개발했다.

이 지지체는 마치 가시덤불처럼 연속적이고 빈 공간이 있는 다공성 구조로 리튬 이온의 효율적인 이동을 돕는다.

이어 연구팀은 지지체를 리튬금속 음극과 고니켈 양극에 결합한 뒤 액상 모노머 용액을 주입하고 이를 고분자로 중합해 새로운 복합 고체전해질을 만들어냈다.

이를 통해 리튬 이온이 이동할 수 있는 여러 경로가 생겨 고체전해질의 이온 전도성이 크게 높아졌고 전극과 고체전해질 사이의 계면저항이 줄어 배터리 효율이 상승했다.

특히 이 방식으로 제조된 전고체 배터리는 별도의 압력을 가하지 않고도 상온에서 우수한 성능을 보이며 기존 리튬이온 배터리와 견줄 수 있는 수준을 보였다.

모노머는 작은 분자로, 같은 종류의 모노머들이 화학적 결합을 통해 더 큰 분자인 폴리머(고분자)를 형성한다. 중합은 모노머를 이어 붙여 폴리머가 되는 반응을 말한다.

연구재단이 추진하는 선도연구센터, 중견연구사업 지원으로 수행된 이번 연구 결과는 재료분야 국제학술지 '나노-마이크로 레터스(Nano-Micro Letters)'에 지난달 12일 게재됐다. 논문명 Construction of a High‑Performance Composite Solid Electrolyte Through In‑Situ Polymerization within a Self‑Supported Porous Garnet Framework

박찬진 교수는 "이번 연구 결과는 출력과 계면저항 개선이라는 전고체 배터리 기술의 주요 진전을 의미한다"며 "특히 전고체 배터리 제조공정을 단순화해 대량 생산 및 상용화에 있어 중요한 전기가 될 것"이라고 말했다.

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