국내 연구진이 상용화 가능한 수준의 성능을 갖춘 전고체전지용 전해질막을 개발했다. 전고체전지는 현재 리튬이온배터리의 가장 큰 단점인 화재 위험성을 낮출 차세대 배터리다. 이번에 개발한 전해질막을 국내 산업계에 적용한다면 기술 경쟁력에서 앞서나갈 수 있다는 평가다.
김현우 한국기초과학지원연구원(KBSI) 소재분석연구부 김현우 선임연구원과 김영식 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 교수가 이끄는 공동 연구진은 25일 고체전해질 기반의 유·무기 복합전해질막의 높은 이온전도성을 유지하면서 기계적 강도와 유연성을 개선하는 기술을 개발했다고 밝혔다.
리튬이온전지는 에너지밀도가 높아 전기차와 에너지저장장치(ESS) 같은 다양한 분야에 활용된다. 그러나 유기전해질을 사용하는 기존의 기술은 쉽게 불이 붙어 화재에 취약하다는 문제가 있다. 이 때문에 최근에는 고체 형태의 전해질을 사용하는 '전고체전지'가 주목받고 있다. 전고체전지는 에너지밀도는 높으면서도 화재에도 안전한 차세대 이차전지로 꼽힌다.
연구진은 산화물 기반 고체전해질인 'LATP'를 활용해 전고체전지에 사용할 수 있는 고체전해질막을 개발했다. 높은 온도에서 사라지는 탄소 재질의 '희생 템플레이트' 합성법을 이용해 원하는 형태로 만들 수 있는 방식을 적용했다. 이렇게 만들어진 전해질막에 산화폴리에틸렌 고분자를 첨가해 이온전도성을 높이고 형태의 변화도 쉽게 만들었다.
이번에 개발한 전해질막은 50번 이상 굽혔다 펴더라도 기계적 강도는 물론 이온전도도를 유지했다. 특히 이온전도도는 상용화가 가능한 수준으로 평가 받는 ㎝당 0.0001S(지멘스)로 나타났다.
또 여러 셀을 직렬로 연결해 쌓아 고전압을 낼 수 있는 '적층형 셀'로 만드는 것도 가능한 것으로 확인됐다. 전기차용으로 상용화할 수 있는 전고체전지에 적용할 수 있을 것이라고 연구진은 평가했다.
김 선임연구원은 "원하는 형태의 고체전해질을 설계면서도 기존 산화물계 소재와 고분자 소재의 장점을 동시에 갖는 복합전해질막에 대한 원천기술을 확보한 점에서 의미가 크다"며 "고성능의 전고체전지가 만들어 질 수 있도록 여러 종류의 고체전해질을 조합하거나 최적 조건의 복합소재 디자인을 개량해 후속 연구를 이어 나갈 것"이라고 말했다.
연구 결과는 국제 학술지 '재료화학 저널A'에 지난 7월 21일 소개됐다.
참고자료
Journal of Materials Chemistry A, DOI: https://doi.org/10.1039/D3TA01194A