국내 연구진이 전고체전지의 가격은 낮추면서 효율을 높일 수 있는 기술을 개발했다. 전고체전지는 화재와 폭발 위험이 거의 없어 차세대 전지로 주목받고 있지만 비싼 가격으로 상용화에 어려움을 겪고 있다.
한국전기연구원은 하윤철 한국전기연구원(KERI) 차세대전지연구센터 책임연구원과 박철민 금오공대 신소재공학부 공동 연구진이 고체전해질용 황화실리콘의 생산 단가를 낮출 수 있는 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.
전고체전지는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 전해질을 액체가 아닌 고체로 사용하는 형태다. 액체 전해질을 사용할 때보다 화재와 폭발 위험성이 낮다는 장점이 있다. 그러나 고체 전해질은 제조 공정이 복잡하고 가격이 비싸다는 문제가 있어 상용화를 위해서는 이를 해결할 수 있는 기술 개발이 필요한 상황이다.
공동 연구진은 황화실리콘(SiS₂)을 주목했다. 고체전해질에 황화실리콘을 첨가하면 이온 전도도와 수분 안정성이 높아져 전고체전지의 효율을 높일 수 있다는 것이 알려졌지만, 합성에 높은 온도가 필요해 가격이 20g당 약 170만원에 달할 정도로 비싸다. 황화실리콘의 생산 단가를 낮추면 전고체전지를 저렴하게 만들 수 있다는 전략이다.
공동 연구진은 황화실리콘을 합성할 수 있는 황과 실리콘의 최적 조건을 찾고 800℃의 반응 온도에서도 황의 증기압을 버틸 수 있는 밀폐 환경을 구현했다. 이 방식으로 만든 고체전해질을 사용했을 때 기존 제품의 이온 전도도와 수분 안정성도 2배 이상 높아지는 것을 확인했다.
하윤철 책임연구원은 “그동안 황의 증기압 상승을 해결하기 위해 국내외 많은 연구진이 고가의 원료를 사용하거나, 특수 공정을 도입하는 등 어려움을 겪었다”며 “우리의 성과로 고체전해질용 황화실리콘을 저렴하고 쉽게 제조할 수 있는 길이 열리게 될 것”이라고 말했다.
이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘저널 오브 머터리얼스 케미스트리 에이’ 3월 14일호 표지 논문으로 선정됐다.
참고자료
Journal of Materials Chemistry A, DOI : https://doi.org/10.1039/D2TA08877K