한국전기연구원(원장 김남균, 이하 전기연)은 금오공대 연구팀과 공동으로 전고체전지 상용화를 앞당길 수 있는 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.

전기연 차세대전지연구센터 하윤철 박사팀과 금오공대 신소재공학부 박철민 교수팀은 ‘고체전해질용(아지로다이트 계열) 황화실리콘(SiS2) 저가 제조기술’을 개발했다. 황화실리콘은 전고체전지 소재로 이미 알려져 있지만 생산 비용이 높아 연구에 어려움이 있었다. 전고체전지는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 전해질을 액체가 아닌, 화재나 폭발 위험성이 낮은 고체로 대체한 것이다. 안정성이 높은 차세대 전지로 주목받고 있고 세계적으로 연구가 이뤄지고 있지만 아직 상용화되지 않았다. 황화실리콘은 전고체전지용 고체전해질에 첨가하면 성능을 향상시킬 수 있다. 하지만 제조 공정 난도가 매우 높아 가격이 20g에 170만원에 달한다.

왼쪽부터 하윤철 박사, 박철민 교수

전기연과 금오공대 연구팀은 황화실리콘 최적 공정 기술을 개발, 제조과정을 단순화해 생산비 감소도 기대할 수 있게 됐다. 또 이를 전고체전지용 고체전해질에 적용할 수 있는 발판을 마련했다. 연구팀은 황과 실리콘의 배치를 최적화해 합성 조건을 확립하고, 800도의 높은 반응온도에서도 황의 기화에 따른 증기압을 버틸 수 있는 완벽한 밀폐 환경을 구현하는 데 성공했다. 결과물도 상용 제품의 품질과 대등했다. 연구팀은 만들어진 황화실리콘을 고체전해질 제조에 활용했고, 2배 이상의 높은 이온 전도도 및 수분 안정성을 가지는 것을 확인했다.

하윤철 전기연 박사는 “그동안 황의 증기압 상승을 해결하기 위해 국내외 많은 연구진이 고가의 원료를 사용하거나, 특수 공정을 도입하는 등 어려움을 겪었다. 우리의 성과로 고체전해질용 황화실리콘을 저렴하고 쉽게 제조할 수 있는 길이 열리게 될 것”이라고 전했다.

이번 연구결과는 에너지·연료 분야 세계적 논문인 ‘저널 오브 머터리얼즈 케미스트리 에이’의 표지 논문으로 최근 선정됐다.

조규홍 기자