전고체전지 실용화 걸림돌이던 저항 문제를 해결한 새로운 고체전해질이 개발됐다. 폭발이나 화재 위험이 없는 전고체전지 상용화에 기여할 전망이다.
한국전기연구원(KERI·원장 최규하)은 하윤철 전지연구센터 책임연구원팀(이하 연구팀)이 '160℃ 저온에서 결정화 가능한 고체전해질 원천기술'을 개발, '슬러리 코팅 방식의 고용량 활물질-고체전해질 복합전극' 제조에 성공했다고 18일 밝혔다.
'전고체전지'는 양극과 음극 사이 전해질을 고체로 바꾼 차세대 전지다. 인화성이 없고 활물질과 발열 반응도 원천 차단해 안전성이 높다. 에너지 밀도와 구동 전압을 높일 수 있다.
문제는 고체전해질을 적용할 때 활물질과 경계에서 발생하는 높은 저항(계면저항)이다. 연구팀은 160℃ 결정화 온도에서 높은 이온 전도도를 띠는 '유리-결정질 고체전해질'을 개발, 이 문제를 해결했다. 고체전해질 이온전도도를 높이려면 250~450℃에서 열처리 과정을 거쳐야 한다.
연구팀이 개발한 '유리-결정질 고체전해질'은 고분자 바인더나 리튬 금속의 용융 온도인 180℃보다 낮은 160℃에서 결정화가 가능하다. 바인더나 리튬음극 손상 없이 전극이나 전지 제조 후에 열처리할 수 있다.
연구팀은 이러한 특성을 이용, 전극 내 고체전해질의 이온전도도를 높이고, 고체전해질과 활물질 간 계면 저항을 낮춘 전극 제조 공정도 개발했다.
연구팀은 이 성과를 '저온 소결형 고체전해질 소재 및 전고체전지 제조 공정'이라는 명칭으로 국내외에 특허 출원했다.
연구팀은 현재 고체전해질 이온전도도와 제조 공정 안전성을 높이는 연구를 하고 있다. 원료 생산부터 셀 제조까지 실용화를 위한 후속 연구도 착수했다. 기술이전 수요업체를 발굴해 조기 사업화를 추진한다는 목표다.
하윤철 책임연구원은 “일본을 비롯한 선진국은 안전하고 에너지 밀도가 높은 전고체전지 관련 기술을 선점해 가고 있다”면서 “계면저항, 안전성, 공정 단축 등 전고체전지 실용화 난제를 해결해 상용화를 위한 발판을 마련했다”고 말했다.
전고체전지는 리튬이온전지를 적용하기 어려운 고온 환경 등 특수 산업 분야에 유용하다. 향후 전기차, 에너지저장장치(ESS) 등으로 확산될 것으로 예상된다. 일본 시장조사업체 후지경제연구소는 세계 전고체전지 시장 규모가 2035년에는 약 28조원에 이를 것으로 예상했다.
창원=임동식기자 dslim@etnews.com
