KETI, 전극 저하 줄인 전고체전지 도전재 제어 기술 개발

한국전자기술연구원(KETI)이 전고체 전지의 양극 내 활물질 함량이 증가하면 발생하는 전극 특성 저하 문제를 해결한 도전재 제어 기술을 개발했다고 17일 밝혔다.

조우석 KETI 수석연구원과 차세대전지연구센터 연구진은 선형 탄소 도전재를 적용해 활물질 함량비가 매우 높으면서도 전해질과 탄소의 접촉면적을 최소화하고 이온 전도성을 확보했다. 도전재는 양극과 음극 활물질 사이에서 전자의 이동을 촉진시키는 데 도움을 주는 물질이다.

전고체전지 열화현상 억제 모식도. 〈자료 KETI 제공〉

전고체전지는 기존 리튬이온전지의 양극과 음극 사이를 채우고 있는 액체 전해질을 고체로 바꾼 배터리다. 폭발 위험이 없어 안전성을 보장하면서도 기존 전지보다 에너지 밀도가 높아 차세대 이차전지로 주목 받고 있다.

전고체전지의 고체전해질은 전극 내 양극활물질, 도전재, 바인더 등의 소재를 혼합해 구성된다. 활물질의 함량을 최대화하면 전지 에너지밀도가 높아진다는 장점이 있다.

반면 활물질 함량이 높아지는 만큼 고체전해질의 상대적인 부피비율이 감소하는데, 고체전해질 내 구형 탄소도전재 입자가 이온 전달을 방해하고 전해질과 탄소 접착면적을 넓혀 산화반응을 일으키면서 전극 저항이 증가하고 전지의 물리적 성능이 저하된다.

탄소도전재 설계 변경에 따른 출력 성능 개선. 〈자료 KETI 제공〉

조 수석연구원과 김현승 KETI 선임연구원은 “고에너지 밀도의 양극을 위한 활물질 구성 극대화가 가능하다는 사실을 확인했다”며 “전극 내 핵심 소재들이 최적의 조합을 이루는 것이 얼마나 중요한지 확인하는 계기”라고 밝혔다.

이번 연구 결과는 재료과학 분야 세계적인 권위지인 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)'에 게재됐다.

김영호 기자 lloydmind@etnews.com