한국전자통신연구원(ETRI)은 차세대 전고체 전지용 얇고 유연한 고체 전해질막을 개발했다고 23일 밝혔다.

전(全)고체 전지는 액체 전해질을 쓰는 기존 리튬이온 배터리와 달리 고체 전해질을 사용하기 때문에 온도 변화에 따른 화재 위험이 적으며, 에너지 밀도를 높일 수 있어 차세대 배터리로 주목받고 있다.

기존에 개발된 전고체 전지용 고체 전해질은 두께가 수백 ㎛(마이크로미터·100만분의 1ｍ) 정도로 두꺼워 에너지 밀도가 낮아지는 한계가 있다.

고체 전해질을 얇게 만들면 기계적 강도가 떨어져 대면적 제조가 어려웠다.

연구팀은 레이저로 미세 기공을 만든 지지체 표면에 고체 전해질 슬러리(고체와 액체의 혼합물)를 코팅하는 방식을 고안했다.

그 결과 두께 27㎛ 수준의 얇은 고체 전해질막을 구현하면서도 기존보다 13배 이상 향상된 인장 강도(끊어질 때까지 잡아당길 때 견디는 힘)를 확보했다.

고분자 필름이나 금속 호일을 지지체로 활용해 기계적 내구성과 이온전도성을 동시에 만족시켰다고 연구팀은 설명했다.

이와 함께 상용 리튬이온전지 제조공정을 이용해 롤 형태의 고체 전해질막 제작에 성공, 롤투롤(Roll-to-Roll·둘둘 마는 것처럼 연속 인쇄하는 방식) 공정과의 호환성을 입증함으로써 대면적 제조 가능성을 보여줬다.

개발된 고체 전해질막을 적용한 전고체 전지는 기존 고체 전해질 대비 6배 높은 에너지 밀도를 달성했으며, 실온에서도 안정적인 충·방전 사이클 성능을 보였다.

연구를 주도한 강석훈 선임연구원은 "고체 전해질막의 기계적 내구성과 이온전도성을 동시에 확보해 전고체 전지 상용화의 핵심 과제였던 얇고 유연한 고체 전해질막의 대면적화를 가능하게 했다"고 설명했다.