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2022년 05월 26일 (목)
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차세대 배터리 ‘전고체전지’ 난제 은으로 해결

전기연 연구팀, 음극 제조 기술 개발
전지 수명·안전성 저하 원인 해결

  • 기사입력 : 2022-01-17 21:21:20
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  • 국내 연구진이 차세대 배터리인 ‘전고체전지’의 난제를 해결하는 기술을 개발해 상용화에 한층 속도를 낼 것으로 기대된다.

    전기연구원은 전고체전지 연구개발팀(하윤철·김병곤·최홍준 연구원)의 ‘안정적인 황화물계 전고체전지용 음극 제조 기술’ 관련 연구결과가 높은 수준을 인정받아 국제 저명 학술지에 표지논문으로 게재됐다고 17일 밝혔다.

    이 연구결과는 저널인용지표(JCR) 상위 5.3%의 재료과학 분야 세계적 학술지인 ‘어드밴스드 사이언스’ 1월호에 표지논문으로 게재됐다.

    ‘Advanced Science 1월호 표지논문으로 게재된 전기연구원의 전고체전지용 음극 제조 기술 연구결과./전기연구원/
    ‘Advanced Science 1월호 표지논문으로 게재된 전기연구원의 전고체전지용 음극 제조 기술 연구결과./전기연구원/

    전고체전지는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 ‘전해질’을 기존 가연성의 액체가 아니라 화재나 폭발의 위험성이 낮은 고체로 대체한 것이다.

    일반적으로 전고체전지의 음극 소재로 리튬금속이 사용되고 있는데, 문제는 충천과 방전을 거듭할수록 리튬 표면에 나뭇가지 모양의 형태로 리튬이 자라나는 일명 수지상 성장이 발생, 내부 단락을 일으켜 전지 수명과 안정성을 크게 낮추는 원인으로 작용해왔다. 이는 전고체전지의 상용화를 막는 가장 큰 기술적 난제 중 하나였다. 그동안 이를 해결하기 위한 다양한 시도가 있었으나 제작 방법이 매우 복잡하거나 전압이 낮아지는 등 상용화 관점에서 한계를 보였다. 연구팀이 찾은 방안은 리튬 친화성 물질인 ‘은(Ag)’이었다. 연구팀은 리튬과 은을 결합하면 물리적인 보호막이 형성되면서 수지상 성장을 막을 뿐 아니라 황화물계 고체전해질과의 화학적 안정성 또한 향상된다는 사실을 밝혀냈다.

    전기연구원 전고체전지 연구개발팀. 왼쪽부터 하윤철·김병곤·최홍준 연구원./전기연구원/
    전기연구원 전고체전지 연구개발팀. 왼쪽부터 하윤철·김병곤·최홍준 연구원./전기연구원/

    김병곤 박사는 “음극은 전지 성능과 수명에 큰 영향을 미치기 때문에 많은 양의 리튬을 가역적으로 저장할 수 있도록 설계하는 것이 핵심이다”면서 “이번 기술은 리튬이 가진 높은 셀 전압의 장점은 살리고, 단점인 수지상 성장은 억제하며, 대면적으로 음극을 제조해 활용성을 크게 높인 획기적인 성과다”고 전했다. 연구팀은 이번 연구 방향을 살려서 리튬 친화성 물질인 은의 양을 최적화하는 방법 혹은 은을 대체할 수 있는 물질을 탐색하는 등 가격 경쟁력을 향상시킬 수 있는 방법을 찾는다는 계획이다. 또한 이를 대면적에도 적용해 안정적으로 구동 가능한 시제품 셀도 개발한다는 목표다.

    김정민 기자 jmkim@knnews.co.kr

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