KIST "‘미래 배터리’ 전고체전지 전해질 상온 제조 기술 개발"

"제조 단가 낮추고 전지 안정성 높여"

차세대 배터리로 꼽히는 전고체 전지용 전해질을 고온 열처리 없이 상온에서 만드는 기술이 개발됐다. 제조 단가를 낮출 수 있으면서 소재 탄성을 높여 전고체 전지의 안정성도 동시에 키울 수 있다는 기대가 나온다.

한국과학기술연구원(KIST)은 에너지소재연구센터 김형철 책임연구원팀이 높은 이온전도성과 탄성을 가진 고체전해질을 상온과 상압에서 합성하는 데 성공했다고 15일 밝혔다.

 

전고체 전지는 양극과 음극 사이 전해질이 고체로 된 전지다. 에너지 밀도가 높고 화재나 폭발 위험성이 낮아 차세대 배터리 기술로 꼽히나 액체 전해질과 비슷한 수준의 이온전도성을 확보해야 하는 게 과제다.

전해질 소재 중에는 이론적으로 결정화를 시키면 이온전도성을 매우 높일 수 있는 황화물 아지로다이트가 주목받아 왔으나, 이를 위해선 500도 이상 고온 열처리를 거쳐야 했다. 또 이렇게 만든 경우 탄성이 떨어져 전고체 전해질의 단점인 음극과 양극에 잘 달라붙지 않는 문제를 해결하기 어려웠다.

연구팀은 아지로다이트 결정화 온도를 낮추기 위해 기계 화학적 공정인 ‘밀링’을 2단으로 적용하는 새 공정을 개발했다.

이를 통해 고온 열처리 없이도 액체 전해질과 비슷한 13.23mS/cm 이온전도도를 가지는 아지로다이트 합성에 성공했다.

이 소재는 탄성도도 다른 고체전해질보다 낮아 전지 계면에 활용하는 데 유리하다고 연구팀은 설명했다.

또 15시간 내로 공정을 마무리할 수 있어 기존 공정 대비 소재 생산성을 최대 6배 높였다고 연구팀은 덧붙였다.

 

김 책임연구원은 “고온 열처리 공정을 없애 소재 생산성을 극대화하고 전극계면 문제 해결에 적합한 고탄성·고이온 전도성을 동시에 갖췄다”며 “전기자동차와 에너지 저장시스템(ESS)에 적합한 전고체 전지 상업화의 기폭제가 될 것”이라고 말했다.

연구 결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스’에 실렸다.

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