한국전자기술연구원(KETI, 원장 신희동)은 황화물계 전고체전지 양극재와 전해질 사이의 계면 저항을 획기적으로 개선 가능한 신규 기술을 개발했다. 이 내용은 에너지화학 분야 국제 저명 학술지 백커버 논문으로 선정됐다.
황화물계 전고체전지는 차세대전지의 후보군 중 연성이 크고 이온 전도도가 높아 상용화에 가장 가까운 기술로 평가받고 있다. 그러나 양극재와 전해질 사이에서의 계면 저항이 높은 문제점을 안고 있었다.
이러한 현상(계면 저항)은 산화물인 양극 활물질과 황화물인 고체 전해질 사이의 화학적 에너지 차이로 인해 계면에 공간 전하층이 발생하기 때문이다. 계면 저항은 배터리의 용량과 출력 특성을 낮추고 나아가 배터리 에너지밀도와 급속 충전에서 걸림돌로 작용한다.
조우석 KETI 차세대전지연구센터 박사 연구팀은 김기재 건국대 교수 연구팀(미래에너지공학과)과 공동연구를 진행했다. 상유전성을 가지는 유전체 물질을 양극 표면에 특수 코팅해 양극재와 전해질 사이의 계면에서 리튬 이온의 농도를 조절, 리튬 이온이 원활하게 이동할 수 있는 경로를 확보하고 계면 저항을 67% 감소시켰다.
기존 황화물계 전고체전지 경우 계면 저항을 낮추기 위해 리튬을 포함하는 특정 산화물(LiNbO3)을 양극 표면에 코팅하는 방식을 주로 사용했다. 관련 기술을 일본에서 선점하고 있어 새로운 코팅 물질 개발에 대한 필요성이 꾸준하게 제기됐다.
기술 개발을 주도한 조우석 박사(책임연구원)에 따르면 연구팀은 특정 유전체 물질이 공간 전하층의 생성을 완화해 계면 저항을 억제시키는 것을 확인했다. 이를 발전시켜 기존 리튬이온전지와 동등한 수준의 용량을 구현하고 배터리 출력 특성을 개선하는데 성공했다.
연구 결과는 에너지화학 분야 세계적인 학술지 '어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials(IF=29.368)' 최신호에 게재됐다. 핫이슈, 백커버 논문으로 선정됐다. KETI는 지난 7월 이 기술 특허 출원을 완료했다.
유지상 KETI 차세대전지연구센터장은 “KETI 연구팀은 전고체전지 소재, 전극 요소 기술에서부터 전지 제조 기술까지 폭넓은 분야의 연구를 하고 있다”면서 “해외마기술을 넘어서는 주요 원천기술을 확보하여 전고체전지 상용화에 주력하겠다”고 말했다.
박소라기자 srpark@etnews.com
