에너지밀도 1.3배 높이고 가격경쟁력 향상 기대

▲ETRI(전자통신연구원) 연구진이 DGIST와 공동개발한 전고체 이차전지 양극 소재를 들어보이고 있다.
▲ETRI(전자통신연구원) 연구진이 DGIST와 공동개발한 전고체 이차전지 양극 소재를 들어보이고 있다.

[이투뉴스] 국내 연구진이 전고체(All-Solid-State) 이차전지용 양극 구조를 개발하는 데 성공했다. 한국전자통신연구원(ETRI)은 고체 전해질 없이 활물질로 이황화티타늄(TiS2)만을 사용해 양극을 구성하는 새 전극 구조를 개발했다고 13일 밝혔다. 

ETRI에 따르면 전고체 이차전지는 배터리에서 이온을 전달하는 전해질로 고체를 적용한 차세대 전지다. 가연성이 적어 액체 전해질보다 화재로부터 안전하다. 또 리튬이온전지에서는 구현이 불가한 바이폴라형 이차전지를 만들 수 있어 에너지밀도를 높이는데 유리하다.

전고체 이차전지의 양극은 주로 전자 전도를 담당하는 도전재와 이온 전도를 담당하는 고체 전해질, 에너지저장을 담당하는 활물질, 이들을 물리·화학적으로 잡아주는 바인더로 구성된다. 이때 전극 안에서 리튬이온이 원활하게 이동하게 하려면 고체 전해질이 꼭 필요하다.

하지만 고체 전해질 구성비가 늘어나면 상대적으로 활물질이 적게 들어가 에너지밀도를 늘리는 데 한계가 있었다. 아울러 황화물계 고체 전해질이 포함된 복합 전극의 경우 높은 화학적 반응성으로 용매 및 바인더 선택이 까다롭고 수분을 극도로 제어해야 하므로 제조가 어렵다.

이에 ETRI는 대구경북과학기술원(DGIST) 연구팀과 고체 전해질 없이 이황화티타늄(TiS2)에 압력을 줘서 입자간 빈틈이 없게 만든 활물질과 바인더로만 양극을 구성하는 전지 구조를 만들었다.

고체 전해질이 없는 양극 구조만으로 전고체 이차전지 성능을 구현할 수 있음을 입증한 것이다. 이 구조는 전해질을 사용하지 않은 만큼 활물질 함량을 늘릴 수 있어 같은 용량에 고체 전해질을 사용했을 때보다 에너지밀도를 1.3배 이상 높일 수 있다. 

용매와 바인더 선택이 자유롭고 기존 리튬이온전지의 극판 제조공정을 그대로 활용할 수 있어 전고체 이차전지 성능 및 가격경쟁력 향상에도 기여할 것으로 기대를 모으고 있다.

이영기 ETRI 지능형센서연구실 책임연구원은 “음극과 양극 모두에서 활물질만으로 이온을 확산할 수 있다는 것을 최초로 확인했다"면서 "이번 성과를 기반으로 전고체 전지 관련 후속 연구를 수행하고 출력 특성을 개선할 수 있는 연구도 병행할 계획"이라고 말했다.

한편 이번 성과는 지난달 세계적 학술지인 <에너지 스토리지 머티리얼즈> 온라인판에도 실렸다. 

이상복 기자 lsb@e2news.com

저작권자 © 이투뉴스 무단전재 및 재배포 금지