박준우 전기연구원 박사팀, 특수 습식합성법 개발
리튬전지 생산라인 활용 전해침 함침기술도 선봬
[이투뉴스] 국내 연구진이 전고체전지 고체전해질 제조비용을 10분의 1 수준으로 낮추는 기술을 독자 개발했다.
전고체전지는 양극과 음극 사이에 이온을 전달하는 전해질을 가연성 액체에서 고체로 대체한 전지로, 화재 위험이 적고 온도 변화나 외부 충격에 강해 리튬이온전지를 대체할 차세대 전지로 주목받고 있다.
전기연구원 차세대전지연구센터 박준우 박사팀은 최근 3년간의 고밀도에너지 원천소재기술 개발 정부출연 연구과제를 통해 고체전해질 특수 습식합성법과 최적 함침(화학물질을 다른 물질에 스며들게 함)기술을 개발하는데 성공했다고 8일 밝혔다.
고체전해질 특수 습식합성법은 낮은 순도의 저렴한 원료(출발물질)로도 성능이 뛰어난 고체 전해질을 대량 생산할 수 있는 기술이다.
고체 전해질을 제조하는 방법은 고에너지 볼밀링 공정을 통한 건식합성법과 화학반응을 활용하는 습식합성법이 있는데, 습식합성법은 건식대비 복잡한 공정없이 고체전해질을 대량생산 할 수 있는 반면 결과물의 이온 전도도가 상대적으로 낮았다.
연구팀은 최적의 합성을 가능하게 하는 첨가제를 통해 대량생산이 가능한 습식만의 장점과 높은 이온 전도도를 갖는 건식의 장점을 모두 확보하는 특수 습식합성법을 개발했다.
이 기술을 활용하면 기존 고순도 원료대비 가격이 10% 수준인 저순도로도 높은 이온 전도도를 갖는 고체 전해질 대량생산이 가능하다.
전고체전지용 양극의 대면적 생산과 생산비용 절감을 가능하게 하는 고체전해질 최적 함침기술도 개발했다.
양극은 전지의 용량을 결정하는 핵심 구성요소 중 하나다. 그동안은 고체 전해질을 용매에 녹여 전극에 스며들게 하는 방법을 연구해 왔으나 녹인 용액의 점도가 높아 충분한 양의 고체 전해질 용액이 함침되기 어려웠다.
연구팀은 최적화된 함침 공정 설계를 통해 고체 전해질을 양극에 균일하게 분산하는 기술을 개발했고, 이를 통해 낮은 비율의 고체 전해질만으로도 높은 에너지밀도를 갖는 전고체전지용 양극 제조에 성공했다.
액체 전해질 기반 리튬이온전지 양극을 제조하던 기존 생산라인을 거의 그대로 활용할 수 있어 기존 제조사들에게도 희소식이다. 이들 연구결과는 세계 최고 과학전문지인 <네이처>의 자매지 <사이언티픽 리포트(Scientific Reports)>에 최근 실렸다.
박준우 박사는 “비싼 원료와 복잡한 고에너지 공정방식이 없이도 고체 전해질을 제조할 수 있는 획기적인 제조기술"이라며 "전고체전지 대형화 및 대량생산이 요구되는 전기차와 전력저장장치(ESS) 등에 활용될 것으로 보고 기술사업화를 추진할 계획"이라고 말했다.
이상복 기자 lsb@e2news.com