박준우(가운데) 한국전기연구원 박사팀이 습식 합성 공정으로 제조된 고체전해질과 이를 활용한 전고체전지 시제품을 들고 있다. 사진제공=한국전기연구원차세대 전지인 전고체전지용 고체전해질을 단순 공정으로 대량 생산하는 기술이 국내 연구진들에 의해 개발됐다.
한국전기연구원(KERI)은 차세대전지연구센터 박준우 박사와 성정환 연구원(UST KERI 캠퍼스 학생 연구원)이 '고체전해질(황화물계) 입도(입자 크기) 제어 및 습식 합성 공정' 기술을 개발했다고 18일 밝혔다.
전고체전지는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 전해질을 액체가 아닌, 화재나 폭발 위험이 낮은 고체로 대체한 것이다. 그러나 고체전해질이 전고체전지에 활용되기 위해서는 입자 크기가 머리카락 굵기의 100분의 1에 해당하는 마이크로미터 수준으로 매우 작아야 한다.
그동안 국내외 연구진들이 다양한 방법으로 제조해온 고체전해질은 입자가 커서 기계적 분쇄 등 별도 공정이 있어야 했다. 이 과정에서 시간적·물리적 비용이 드는데다 분쇄로 인한 고체전해질의 성능 저하는 전고체전지의 상용화를 어렵게 하는 걸림돌로 작용했다.
KERI 연구팀은 단순한 공정만으로 고체전해질을 대량 생산하는 기술을 개발하는 데 성공했다. 박 박사팀은 황화리튬 등 미세한 원재료를 도입하고, 각각의 물질이 화학반응으로 발생시키는 핵 생성 속도를 제어해 최종 생성물의 입도를 크게 줄이는 방법을 활용했다. 복잡한 과정없이 간단한 습식 합성 공정만으로 미세한 고체전해질을 제조할 수 있게 됐다.
성공적인 화학적 조성 제어로 고체전해질의 이온 전도도는 기존 공정으로 만들었을 때보다 약 2배 이상 높았다. 박 박사팀의 연구결과는 에너지 분야 국제 저명 학술지인 '에너지 스토리지 머터리얼스'(Energy Storage Materials)의 3월호 논문에 게재됐다.
박 박사는 "이번 기술 개발로 고체전해질을 미세화하기 위해 기존에 진행됐던 복잡하고 비싼 공정을 건너뛸 수 있게 됐다"고 평가했다.
