안전하고 부피 작은 차세대 전고체전지 나온다..생기원, 바이폴라 구조로 개발

국내 연구진이 안전하면서도 부피를 대폭 줄인 차세대 전고체전지를 개발했다.

한국생산기술연구원(원장 이성일)은 김호성 제주지역본부장 연구팀이 새로운 반응 공정과 '바이폴라 구조'의 셀 스택 구조를 적용, 부피를 3분의 1로 줄인 전고체전지 기술을 개발했다고 17일 밝혔다.

생기원이 만든 전고체전지 셀스택. 단위셀을 직렬로 10개 연결한 바이폴라 구조로 37볼트(V), 8와트시(Wh)급이다.

전고체전지는 양극과 음극 사이 전해질을 고체로 바꾼 차세대 이차전지다. 기존의 리튬이온 전지는 가연성 액체전해질을 써서 과충전 시 팽창하는 등 폭발 위험성이 있지만 전고체전지는 폭발이나 화재 위험성이 없다. 다만 소재 형성 시간이 길어 비싸고, 이온 전도도 낮아 상용화가 어려운 것이 단점이었다.

연구팀은 가닛 LLZO(리튬·란타늄·지르코늄·산소)를 소재로 활용하고 '테일러 반응기'를 활용, 이 같은 문제를 해결했다. 테일러 반응기는 격렬한 난류를 형성, 반응성을 높이고 소결 시간을 단축한다. 또 소결 속도를 5배 이상 높이고 나노미터(㎚) 크기의 고체전해질 입자를 균일하게 소결시켜 성능을 높이는 역할도 한다. 연구팀은 이 과정에 이온 전도도를 높이는 갈륨 원소를 미량 첨가, 기존보다 3배 이상 개선한 이온 전도도를 구현했다.

김호성 한국생산기술연구원 제주지역본부장

연구팀은 개발 소재를 셀 스택화해 부피를 최소화했다. 각각 단위 셀을 직렬 연결하는 바이폴라 구조로 겉을 감싸는 외장재를 줄였다. 셀 스택 부피는 기존 대비 3분의 1 수준이다. 또 단위 셀의 400회 충·방전 실험에서 84% 용량을 유지, 수명을 5배 이상 개선했다.

김호성 박사는 “잇따른 폭발과 화재 사고로 배터리 안전성이 중요해지는 상황”이라면서 “소재 제조 기술은 이미 국내 기업에 이전했고, 올해부터는 셀 스택 사업화에 착수할 계획”이라고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com