신동욱 전자통신연구원 박사팀 등 연구성과

▲ETRI 연구진이 이온 저항층을 제거한 하이브리드 전해질을 제조해 전지 특성을 확인하고 있다.
▲ETRI 연구진이 이온 저항층을 제거한 하이브리드 전해질을 제조해 전지 특성을 확인하고 있다.

[이투뉴스] 국내 연구진이 이차전지 충·방전 성능을 크게 높일 수 있는 하이브리드 전해질을 개발했다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 신동옥 ETRI 지능형센서연구실 박사팀과 김상욱 KAIST 교수팀이 유기·무기 전해질간 계면 이온저항층을 제거해 이온전도도와 충·방전 성능을 높인 하이브리드 전해질을 개발했다고 17일 밝혔다.

연구원에 따르면 기존 이차전지는 불에 잘 타는 액체 전해질을 사용해 폭발 위험이 높았다. 전해질을 고체로 만들면 온도변화나 외부충격에 좀 더 안전하면서 디자인을 자유롭게 구현할 수 있지만 소재의 계면저항이 높거나 공정구현이 어려운 등 한계가 있었다.

휴대폰이나 웨어러블 장치, 전기차 등에 이차전지가 널리 쓰이면서 안전성을 높이기 위한 소재 연구가 활발해진 배경이다.

이에 ETRI는 유기물과 무기물 소재를 섞어 안전하면서도 높은 전도도를 지니는 하이브리드 전해질을 개발하는데 성공했다.

실험을 통해 무기 고체 전해질 소재 표면에 형성되는 이온 저항층이 전도 성능을 낮추는 원인임을 밝혀낸 뒤 반도체 공정에 쓰이는 건식 식각법을 활용해 고체 전해질 측면이나 하단부분의 저장층을 제거했다.

지금까지는 무기 고체 전해질이 분말이어서 손상 없이 표면에 있는 이온 저항층만 제거하는데 어려움을 겪었다. 이렇게 이온 저항층이 제거된 계면을 갖는 고체 전해질 입자를 기반으로 만든 전해질은 이온전도도는 기존 대비 2배, 효율특성은 3배 높았다.

▲기존 유·무기 하이브리드 전해질과 ETRI가 만든 전해질을 비교한 모식도
▲기존 유·무기 하이브리드 전해질과 ETRI가 만든 전해질을 비교한 모식도

제조공정이 간단하고 기존 이차전지 설비를 그대로 활용할 수 있어 대량생산에 유리하다는 장점도 있다. 단일 전해질 소재 중심 기존 개념의 한계를 극복하면서 하이브리드 전해질 연구의 새 장을 열었다는 평가를 받는다.

신동옥 ETRI 박사는 “새로운 개념으로 전해질을 설계하면서 보다 폭넓은 이차전지 연구가 가능해졌다"면서 "앞으로 더욱 다양한 유무기 하이브리드 전해질 연구를 통해 안전하면서도 높은 성능을 지닌 이차전지를 개발하겠다”고 말했다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단 기후변화대응기술개발사업 일환으로 수행됐다. 연구결과는 <에너지 스토리지 머티리얼즈> 온라인호에도 게재됐다.

이상복 기자 lsb@e2news.com

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