차세대 전고체배터리의 상용화 기대
◆…ETRI 연구진이 개발한 얇고 유연한 전고체 배터리의 고체 전해질막 사진=한국전자통신연구원 제공
국내 연구진이 종이처럼 얇고 에너지밀도가 높은 고체 전해질막 개발에 성공했다. 이를 통해 안전하면서도 성능이 높은 전고체배터리 조기 상용화에 큰 도움이 될 전망이다.
한국전자통신연구원(ETRI)은 황화물계 고체 전해질과 고분자 직물 지지체를 활용하여 기존 펠릿 형태 대비 10배 이상 얇고 에너지밀도는 6배 증가한 고체 전해질막 개발에 성공했다고 18일 밝혔다.
전고체배터리는 배터리의 핵심구성요소인 전해질을 기존 액체 형태에서 고체 형태로 대체한 전지이다. 가연성의 액체 전해질을 고체로 대체함으로써 누출이나 화재로 인한 위험성을 원천적으로 방지할 수 있다.
기존 전고체배터리 연구에서는 고체 전해질 입자에 압력을 가하거나 소결하는 공정을 거쳐 수백 마이크로미터(μm) 두께의 펠릿 형태로 제조하는 것이 일반적이었다. 하지만 고체 전해질 펠릿은 깨지기 쉬운 성질이 있어, 이를 적용한 배터리 셀에 유연성을 부여하기 어렵고 두께가 두꺼워져 셀의 에너지밀도가 기대와는 달리 오히려 낮아지는 한계가 있어 상용화에 걸림돌이 돼 왔다.
연구진이 개발한 고체 전해질은 기존 펠릿 형태의 고체 전해질 대비 두께가 10배 이상 감소하고 이온전도 특성은 2배 증가했다. 이에 따라 ETRI의 고체 전해질이 적용된 모노 셀의 출력 특성은 20% 향상됐을 뿐 아니라, 부피당 에너지밀도도 기존 대비 6배가 증가했다.
고온 노출 시험과 고전압 시험 등을 통해 ETRI 전고체배터리의 우수한 안정성을 실험으로 입증했다. ETRI는 이를 통해 높은 용량을 가지면서도 다양한 형태로 유연하게 다변화할 수 있는 차세대 전고체배터리의 상용화를 선도할 것으로 기대하고 있다.
연구 책임자인 ETRI 이영기 스마트소재연구실장은 "기존의 딱딱하고 두껍고 작은 면적의 펠릿형 또는 두꺼운 시트형 고체 전해질을 얇은 두께와 유연성을 가지는 막(Membrane) 형태로 구현함으로써 기존 펠릿형 전고체배터리의 기술적 한계를 극복하고자 노력했다"라고 밝혔다.
이번 연구 결과는 세계적인 학술지인 'ACS 응용 재료·인터페이스'(ACS Applied Materials & Interfaces)에 게재됐다.
