고체전해질, 전고체 배터리 상용화 앞당긴다

[산업일보]
전기차 시대가 도래하면서 전기차용 배터리 용량을 높이고 폭발 및 화재 위험성을 해소하는 기술 선점 경쟁이 치열하다.

이를 위해 전기차 배터리의 전해질을 기존의 액체에서 고체로 대체하는 전고체 배터리에 대한 관심이 집중되고 있다. 고체전해질은 이론적으로 에너지 밀도가 높고 화재 위험성이 적어 전고체 배터리의 핵심 요소로 꼽힌다.

하지만 고체전해질 소재의 제조비용이 높고, 전극과의 접촉에서 발생하는 계면 저항 등 기술적 한계가 있다. 이런 문제를 해결하기 위한 새로운 연구가 활발하다.

한국연구재단(이사장 이광복)은 전남대학교 박찬진 교수 연구팀이 다공성 구조의 새로운 복합 고체전해질을 개발해 전고체 배터리의 성능을 크게 높이고 양산성을 확보했다고 밝혔다.

박찬진 교수 연구팀은 다양한 종류의 고체전해질을 혼합해 사용, 각각의 단점을 보완하고 효율을 높이는 방법으로 접근했다.

먼저 산화물 고체전해질 소재를 사용해 특별한 구조의 지지체를 개발했다. 이 지지체는 마치 가시덤불처럼 연속적이고 빈 공간이 있는 다공성 구조로 리튬 이온의 효율적인 이동을 돕는다.

이 지지체를 리튬금속 음극과 고니켈 양극에 결합한 뒤, 액상 모노머 용액을 주입하고 이를 고분자로 중합함으로써, 새로운 복합 고체전해질을 만들어냈다.

이 과정은 리튬 이온이 이동할 수 있는 여러 경로를 만들어 주어 고체전해질의 이온 전도성을 크게 향상시켰다. 또한 전극과 고체전해질 사이의 계면 저항을 줄여 배터리 효율을 높였다.

이렇게 제조된 전고체 배터리는 별도의 압력을 가하지 않고도 상온에서 우수한 성능을 보이며, 기존 리튬이온 배터리와 견줄 수 있는 수준을 달성했다.

박찬진 교수는 “이번 연구 결과는 출력과 계면저항 개선이라는 전고체 배터리 기술의 주요 진전을 나타내며, 특히 전고체 배터리 제조 공정을 단순화하는 데 큰 성과를 거두었다”고 밝혔다.