에너지연·울산과기원, 세계 첫 전고체 전지 설계 방법론 제시

고에너지밀도 적층형 전고체전지 파우치셀 개발 결과. (에너지기술연 제공)/뉴스1

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 세계 처음으로 전고체 전지 설계 방법론을 제시했다. 이로써 기준점 없이 연구돼 온 전지 설계 패러다임의 변화가 기대된다.

한국에너지기술연구원(KIER) 울산차세대전지연구개발센터 김진수 박사, 울산과학기술원(UNIST) 정성균 교수 연구팀은 고에너지밀도 전고체 전지를 구현하기 위한 설계 방법론과 범용 설계 툴킷을 개발하고 성능 검증을 완료했다고 6일 밝혔다.

전고체 전지의 전극과 셀을 설계하기 위한 과학적인 가이드라인이 없다 보니 주로 연구자의 경험에 의존해 소재를 조합하고 설계 인자를 제어하는 비효율적인 연구 개발이 이뤄지고 있다.

이에 연구팀은 전극의 설계 조건을 균형 임계값, 투과 임계값, 부하 임계값으로 정의하고 이를 통해 세계 최초로 전고체 전지를 설계하는 범용적 방법론을 제시했다.

이 방법론을 기반으로 제작된 파우치형 셀은 상용 리튬전지를 뛰어넘는 에너지밀도를 나타내 공인 시험기관의 인증을 획득했다.

또 이 방법론을 적용해 0.5Ah(암페어시)의 용량에서 310Wh/kg(킬로그램당 와트시)의 높은 에너지밀도를 갖는 파우치형 전고체전지 적층셀을 제작하는 데 성공했다.

제작된 셀은 한국건설생활환경시험연구원의 공식 시험 인증까지 획득해 성과의 우수성을 증명했다.

특히 설계 방법론을 누구나 쉽게 사용할 수 있도록 전고체전지 설계 툴킷 ‘SolidXCell’을 개발했다.

‘SolidXcell’은 다중 스케일과 다중 인자 기반의 복잡한 전고체전지 설계를 직관적이고 체계적으로 설계할 수 있는 디자인 플랫폼으로, 일반 연구자들이 전고체전지 설계에 활용할 수 있도록 논문의 보충자료로 무상 배포하고 있다.

UNIST 정성균 교수(공동교신저자)와 이주호 학생연구원(공동1 저자), KIER 김진수 박사(공동교신저자)가 기념촬영을 하고 있다.(에너지연 제공)/뉴스1

김진수 박사와 유니스트 정성균 교수는 “전고체전지 범용 설계 방법론을 최초로 제시한 점, 실증셀 성능 검증을 거친 설계 툴킷을 개발해 공유하는 것은 전고체 전지 설계 분야에 큰 도움이 될 것“이라며 ”많은 연구자가 전고체전지의 효율적인 설계를 통해 유의미한 성능 향상을 촉진하며 현재의 기술 장벽을 뛰어넘을 수 있길 기대한다“고 말했다.

공동 연구팀은 한국산업기술진흥원과 울산광역시의 지원을 통해 국내 최초의 차세대 배터리 실증화를 지원하는 ‘차세대 이차전지 상용화 지원센터’를 구축하고 있다. 이를 통해 향후 관련 기업에 전고체전지, 리튬금속전지, 리튬황전지의 프로토타입을 제조하고 평가, 분석할 수 있는 인프라를 제공할 예정이다.

이번 연구 성과는 지난달 저명한 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스'에 게재됐다.

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