전자기술연구원 “전고체 도전재 제어 기술 개발…고출력 구현 발판 마련”

한국전자기술연구원, 연구 결과 발표
‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’ 게재

기존 구형에서 선형으로 설계된 탄소 도전재 설계에 따른 전고체 전지 열화 현상 억제 모식도. 양극재(회색 영역)와 고체 전해질(노란색 영역) 사이 탄소 도전재(검은색 영역) 설계를 변경해 산화 현상(붉은색 영역)이 감소한 것을 표현했다. 한국전자기술연구원 제공

한국전자기술연구원(KETI·전기연)은 전고체 전지 도전재 제어 기술을 개발하는 데 성공했다고 17일 밝혔다. 도전재는 양극과 음극 활물질 사이에서 전자의 이동을 촉진하는 데 도움을 주는 물질을 말한다.

전고체 전지는 기존 리튬이온 전지의 양극과 음극 사이를 채우고 있는 액체 전해질을 고체로 바꾼 전지다. 기존 전지보다 폭발 위험이 적고 에너지 밀도가 높아 차세대 2차전지의 후보로 주목받고 있다.

양극 활물질의 함량을 높이면 고체 전해질 함량을 낮출 수 있어 에너지 밀도도 높아진다. 다만 전지 출력과 수명 등이 저하되는 단점도 존재했다.

이번 전기연 연구진은 양극 활물질 함량을 90%로 높였을 경우 발생하는 출력·수명 저하의 원인을 정밀 분석했다. 분석 결과 고체 전해질의 산화 현상이 전극 저항을 확대했고, 궁극적으로 전지의 물리적 성능이 저하되는 현상을 유발한다는 점을 확인했다고 전기연은 설명했다.

연구진은 더 나아가 성능 저하를 해결하기 위해 구형이 아닌 선형 탄소 도전재를 적용했다. 그 결과 활물질 함량이 매우 높은 경우에도 전해질과 탄소의 접촉 면적을 최소화했다.

전기연은 이번 연구가 전고체 전지의 고출력을 구현하기 위한 발판을 마련한 것이라고 설명했다. 연구진은 “전극 내 핵심 소재들이 최적의 조합을 이루는 것이 얼마나 중요한지 확인하는 계기가 되길 바란다”며 “향후 국내 전고체 전지 상용화를 위해 지속해서 이바지하겠다”고 밝혔다.

이번 연구 결과는 재료과학 분야 권위지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’ 2024년 7월호에 게재됐다고 전기연은 전했다.

김경학 기자 gomgom@kyunghyang.com