구멍 숭숭 고체전해질로 전고체 배터리 상용화

전기차 시대가 도래하면서, 차량의 핵심 부품인 배터리 기술 개발에 많은 관심이 집중되고 있다. 특히, 안전성은 중요한 이슈로, 전기차 배터리의 화재 위험을 줄이기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이를 위해, 전기차 배터리의 전해질을 기존의 액체에서 더 안전한 고체로 바꾸는 전고체 배터리에 대한 연구가 활발하다. 이 고체전해질은 안정성이 높아 화재 위험을 줄일 수 있다.

현재, 전고체 배터리 기술은 여전히 개발 중이다. 고체전해질 소재의 제조 비용이 높고, 전극과의 접촉에서 발생하는 저항이라는 기술적 도전과제가 있다. 또한, 일부 황화물계 소재는 수분과 반응하여 위험할 수 있으나, 이런 문제들을 해결하기 위한 새로운 연구가 진행 중이다. 예를 들어, 다양한 종류의 고체전해질을 혼합하여 사용함으로써, 각각의 단점을 보완하고 효율을 높이는 방법에 대한 연구가 이뤄지고 있다.
이러한 연구와 개발 노력은 전기차의 안전성과 성능을 향상시킬 뿐만 아니라, 전기차 보급을 더욱 촉진할 것으로 기대된다. 전고체 배터리 기술은 전기차 산업의 미래를 밝게 할 중요한 열쇠로 자리매김하고 있다.

자동차 업계에서 주목하는 차세대 배터리인 전고체 배터리를 상용화할 수 있는 기술을 국내 연구진이 확보했다.

한국연구재단(이사장 이광복)은 전남대학교 박찬진 교수 연구팀이 다공성 구조의 새로운 복합 고체전해질을 개발해 전고체 배터리의 성능을 크게 높이고 양산성을 확보했다고 밝혔다.

전기차 시대가 도래하면서 전기차용 배터리 용량을 높이고 폭발 및 화재 위험성을 해소하는 기술 선점 경쟁이 치열하다.
이를 위해 전기차 배터리의 전해질을 기존의 액체에서 고체로 대체하는 전고체 배터리에 대한 관심이 집중되고 있다. 고체전해질은 이론적으로 에너지 밀도가 높고 화재 위험성이 적어 전고체 배터리의 핵심 요소로 꼽힌다.

하지만 고체전해질 소재의 제조비용이 높고, 전극과의 접촉에서 발생하는 계면 저항 등 기술적 한계가 있다. 이런 문제를 해결하기 위한 새로운 연구가 활발하다.

박찬진 교수 연구팀은 다양한 종류의 고체전해질을 혼합해 사용, 각각의 단점을 보완하고 효율을 높이는 방법으로 접근했다.
먼저 산화물 고체전해질 소재를 사용해 특별한 구조의 지지체를 개발했다. 이 지지체는 마치 가시덤불처럼 연속적이고 빈 공간이 있는 다공성 구조로 리튬 이온의 효율적인 이동을 돕는다.

이 지지체를 리튬금속 음극과 고니켈 양극에 결합한 뒤, 액상 모노머 용액을 주입하고 이를 고분자로 중합함으로써, 새로운 복합 고체전해질을 만들어냈다.

이 과정은 리튬 이온이 이동할 수 있는 여러 경로를 만들어 주어 고체전해질의 이온 전도성을 크게 향상시켰다. 또한 전극과 고체전해질 사이의 계면 저항을 줄여 배터리 효율을 높였다.
이렇게 제조된 전고체 배터리는 별도의 압력을 가하지 않고도 상온에서 우수한 성능을 보이며, 기존 리튬이온 배터리와 견줄 수 있는 수준을 달성했다.

박찬진 교수는 “이번 연구 결과는 출력과 계면저항 개선이라는 전고체 배터리 기술의 주요 진전을 나타내며, 특히 전고체 배터리 제조 공정을 단순화하는 데 큰 성과를 거뒀다”고 밝혔다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 선도연구센터, 중견연구사업 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 재료분야 국제학술지 ‘나노-마이크로 레터스(Nano-Micro Letters)’에 1월 12일 게재되었다.