KETI, 전고체 전지 수명·충전 개선 기술 개발

KETI 전고체 전지 수명·충전 개선 기술 개념도. 기존에 고체 전해질(노란색 영역)과 CNF(검은색 선)를 단순 혼합한 전극 내에서는 이온과 전자가 고르게 이동하지 못하지만(윗 사진), 활물질(회색 영역) 사이에 고체 전해질(노란색)과 CNF(검은선)의 복합체를 사용할 경우 이온과 전자가 원활하게 이동할 수 있는 구조가 형성된다. 〈사진 KETI 제공〉

한국전자기술연구원(KETI)은 성균관대 김영준 교수 연구팀과 함께 전고체 전지의 충·방전 속도와 수명 개선을 위한 핵심 기술을 개발했다고 14일 밝혔다.

고체 전해질 합성과정에서 탄소나노섬유(CNF)를 균일하게 분산시키는 기계적 밀링과 열처리를 적용한 복합화 방식을 적용해 전고체 전지 이온 및 전자 전도성을 동시에 향상시키는 것이 골자다. 이 방식을 통해 전고체 전지 충·방전 속도와 수명을 개선했다고 설명했다.

전고체 전지 전극은 일반적으로 활물질, 고체전해질, 도전재를 혼합해 구성된다. 고체 전해질 함량이 증가하면 이온 전도성은 높아지나 전자 이동이 저해되고, 반대로 도전재인 카본 블랙 함량이 증가하면 전자 전도성은 향상되나 이온 이동이 제한된다.

KETI는 황화물계 고체 전해질은 충·방전 반복 시 성능이 저하되던 문제가 있는데, 이 기술을 적용하면 100회 충·방전 후에도 용량 유지율이 기존 대비 35% 향상됐다고 설명했다.

김경수 KETI 수석연구원은 “기존 고체 전해질 합성 공정에 CNF를 추가하는 비교적 단순한 방식으로 구현돼 상업적 적용이 용이할 것으로 기대된다”며 “연구 결과를 바탕으로 전고체 전지 성능 극대화를 위한 요소 기술 개발에 집중할 계획”이라고 밝혔다.

이 연구는 국가과학기술연구회 글로벌 TOP 전략연구단 사업 지원을 받아 수행됐으며, 재료화학분야 국제 학술지인 '재료화학 A 저널' 최신 호에 게재됐다.

김영호 기자 lloydmind@etnews.com