전고체전지 `출력·수명` 획기적 개선…실용화 앞당긴다

생기원, 현장 열중합 적용한 '복합 고체전해질' 개발
두께 얇으면서 안정성, 강도 향상..구부려도 작동

한국생산기술연구원은 현장 열중합 방식을 이용해 높은 기계적 강도를 가지면서 계면저항 문제를 획기적으로 개선, 전지 출력 특성과 수명을 높인 복합 고체전해질을 개발했다. 생기원 제공

차세대 전지인 전고체전지의 출력과 수명 저하 등을 개선할 수 있는 새로운 고체전해질이 개발됐다.

한국생산기술연구원은 임진섭 수석연구원 연구팀은 현장 열중합 방식을 이용해 높은 기계적 강도를 지니면서 계면저항 문제를 획기적으로 개선한 '복합 고체전해질'을 개발했다고 15일 밝혔다.

전고체전지는 액체전해질 대신 고체전해질을 사용해 온도 변화나 외부 충격 등에 따른 폭발과 화재 위험이 적어 안전성이 높은 차세대 전지로 각광받고 있다. 고체전해질은 크게 산화물계, 황화물계, 고분자계, 2개 이상의 전해질을 동시에 사용하는 복합 전해질 등으로 나뉜다.

이 가운데 산화물과 고분자를 결합한 복합 고체전해질은 기계적·화학적 안정성과 이온전도도가 높다는 장점이 있지만, 전극 내 입자간, 전극-전극 간 게면 저항 문제로 전지 출력이 떨어지고, 얇은 두께로 인해 단락이 생겨 전지 수명이 줄어드는 단점이 있다.

연구팀은 현장 열중합 방식을 적용해 액상의 모노머 용액이 고분자로 중합되는 과정에서 복합 고체전해질과 전극 간 높은 계면 저항을 감소시켜 전지 출력 특성을 높였다. 또한 두께가 상용화된 리튬이온전지의 분리막과 비슷하고, 리튬 수상돌기의 내구성이 높아 70도 고온에서 150사이클 후에도 93.2%의 용량을 유지했다. 전위 안전성도 기존 4볼트에서 5.1볼트로, 기계적 강도는 7.0메가파스칼에서 9.12메가파스칼로 향상돼 구부리거나 자르고 불이 붙는 상황에서도 전지가 안정적으로 작동했다고 연구팀은 설명했다.

임진섭 생기원 수석연구원은 "전해질 두께를 최소화하면서 리튬 수상돌기 문제를 해결한 복합 고체전해질을 개발하는 것이 가장 어려운 목표였다"며 "앞으로 전고체전지 상용화를 앞당기는 후속 연구를 진행할 계획"이라고 말했다.

이 연구결과는 국제 학술지 '머티리얼스 케미스트리A(지난 3월 13일)'에 실렸다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr