전기차에 활용 가능한 전고체전지 소재 기술 개발

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한국기초과학지원연구원

전고체전지 상용화를 앞당길 고성능 복합전해질막 기술이 개발됐다. KBSI 제공

국내 연구진이 리튬이온전치를 대체할 것으로 기대되는 전고체전지에 활용 가능한 이온전도도와 유연성을 높인 복합전해질막 기술을 개발했다.

고체전해질을 사용한 전고체전지는 에너지 밀도가 높으면서도 열적 안정성이 높아 리튬이온전지에 비해 화재 사고 위험이 적다. 리튬이온전지의 뒤를 이을 차세대 2차전지로 평가받는다.

한국기초과학지원연구원(KBSI)은 김현우 소재분석연구부 선임연구원이 김영식 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 교수 연구팀과 공동으로 LATP 고체전해질을 기반으로 자유 변형이 가능한 고성능 복합전해질막 기술을 개발했다고 25일 밝혔다.

LATP는 산화물을 기반으로 한 산화물계 고체전해질의 대표격인 소재다. 대기 안정성이 우수하고 상온에서도 이온전도도가 뛰어나 전해질 상용화에 유망한 소재로 주목받는다. 다만 고온으로 열처리를 한 후에도 외력을 가하면 잘 깨지는 성질이 있어, 얇은 두께로 전해질막을 구현하는 데 한계가 있었다.

연구팀은 고온에서 완전히 사라지는 탄소 재질의 '희생 템플레이트' 합성법을 이용해 자유자재로 모양 변형이 가능한 얇은 고체전해질막을 만들었다. 이처럼 유연성을 더한 전해질막에 산화폴리에틸렌(PEO) 고분자를 첨가해 이온전도성도 높였다.

개발한 고체전해질막의 성능을 실험한 결과, 50회 이상 굽혔다 펴도 기계적인 강도를 유지함을 확인했다. 또 상용화가 가능한 수준인 센티미터(cm) 당 0.0001지멘스(S)의 높은 이온전도도를 유지했다. 셀 여러 개를 직렬로 연결해 고전압을 발생시키는 적층형 셀도 만들 수 있었다.

이 과정을 통해 연구팀은 개발한 고체전해질막이 전기차에 쓰일 수 있는 수준의 전고체전지 소재로 활용될 수 있음을 확인했다. 연구를 이끈 김 선임연구원은 "고체전해질을 원하는 형태로 만들면서도 기존 산화물계 소재와 고분자 소재의 장점을 동시에 갖는 복합전해질막에 대한 원천기술을 확보한 점에서 의미가 크다"고 말했다.

동아사이언스

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