고속 충전 가능한 ‘꿈의 배터리’ 전고체 배터리 소재 개발

KAIST 서동화 교수…전기차, 로봇, UAM 등 적용 가능

▲서동화 교수

[충청타임즈] KAIST 연구진이 공기에 약하고 성능이 낮은 고체 전해질의 한계를 동시에 해결할 새로운 설계 원리를 제시했다.

이 기술은 배터리 안전성과 충전 속도를 함께 높일 수 있어 차세대 전고체 배터리의 실용화 가능성을 제시한 것으로 주목된다.

KAIST 서동화 교수 연구팀이 동국대, 연세대, 충북대 연구팀과의 공동연구를 통해 전고체 배터리용 고체 전해질 설계 기술을 개발했다.

액체 전해질을 사용하는 기존 리튬 이온 배터리와 달리, 전고체 배터리는 화재 위험이 낮은 차세대 배터리로 주목받고 있다.

이 가운데 할라이드계 고체 전해질은 염소(Cl), 브롬(Br)과 같은 할로겐 원소를 포함한 물질로, 이온전도도가 높아 성능 면에서 유리하다.

하지만 공기 중 수분에 취약해 쉽게 성능이 저하되는 단점이 있어 실제 제조와 취급이 까다로운 소재로 알려져 있다.

연구팀은 이를 해결하기 위해 '산소 앵커링(Oxygen Anchoring)'이라는 새로운 구조를 도입했다.

이는 전해질 내부에 산소를 안정적으로 결합시켜 구조를 단단하게 만드는 방식으로, 이 과정에서 텅스텐 원소가 핵심적인 역할을 한다.

그 결과 해당 전해질은 공기 노출 환경에서도 구조가 쉽게 붕괴되지 않고 안정적으로 유지되는 것으로 나타났다.

안정성뿐 아니라 배터리 성능도 개선했다.

전해질 내부 구조 변화로 리튬 이온의 이동 경로가 더 넓고 원활해지면서 이온 이동 속도가 향상됐기 때문이다.

연구팀은 이번 기술이 공기 안정성과 성능을 동시에 갖춘 고체 전해질 개발에 기여할 것으로 기대하고 있다.

서동화 교수는 "구조 설계 전략을 통해 다중 성능을 최적화하는 새로운 소재 설계 원리를 제시한 것으로, 향후 전고체 배터리 연구와 공정 개발의 핵심 지표가 될 것"이라고 말했다.

/대전 한권수기자 kshan@cctimes.kr