폭발·화재 위험 없는 배터리 상용화 길 열려…고체전해질 신소재 개발

입력 2020.03.26 12:00

국내 연구진이 전고체전지용 고체전해질 신소재 성능과 양산성을 크게 개선하는 데 성공했다.

리튬이온전지 기반 전기차와 에너지저장장치(ESS) 화재가 잇따라 발생하면서 화재와 폭발 위험이 없는 배터리로 전고체전지가 주목받았다.

액체전해질 기반 기존 배터리는 양극과 음극이 만나면 화재가 발생할 위험이 있으나, 전고체 전지는 리튬이온이 이동하는 전해질을 고체로 만들어 화재 가능성이 작다.

김형철 박사팀의 연구 성과 / KIST 제공
한국과학기술연구원(KIST)은 김형철 에너지소재연구단 박사팀이 액체전해질과 동등한 수준의 이온전도도를 지닌 황화물계 슈퍼 이온전도성 소재를 개발했다고 26일 밝혔다.

연구진은 아지로다이트(argyrodite)라 불리는 황화물 결정 구조를 활용해 슈퍼 이온전도성을 구현하는 고체전해질을 개발했다. 리튬 이온이 자유롭게 이동할 수 있는 액체전해질과 달리 고체전해질은 리튬 이온의 이동이 고체 격자 내에 갇혀 있는 구조적 특성이 있다. 이를 극복하는 것이 전고체전지 상용화의 관건이라고 평가받았다.

김형철 KIST 박사팀은 특정 원자 위치에 할로겐 원소인 염소(Cl)를 선택적으로 치환하는 기술을 확보해 팔면체 케이지를 넘나드는 리튬 이온 경로를 새롭게 발현했다.

연구진이 보고한 새로운 합성법을 활용하면 슈퍼 이온전도성 소재를 빠르게 양산할 수 있다. 기존 공정은 수일 이상의 합성 공정이 필요했다. 연구진은 나노결정핵을 실시간으로 형성하는 고에너지 공정과 적외선 급속 열처리 기술을 조합한 합성법을 제안해 공정시간을 10시간 이내로 줄였다.

김형철 KIST 박사는 "전고체전지는 일본을 비롯한 외국 연구진이 주도하고 있는 상황인데, 우리나라의 원천 기술로 고성능 배터리 소재 기술을 개발한 것에 큰 의의가 있다"며 "대량 생산과 상용화 가능성이 큰 기술로 향후 전기자동차와 ESS에 폭넓게 활용할 수 있을 것"이라고 밝혔다.


키워드