리튬이온 배터리는 가연성과 발화성이 높은 전해질 때문에 항상 폭발의 위험을 안고 있다. 대응책으로 나온 것이 바로 전고체전지다. 국내 연구팀이 그동안 단점으로 꼽혀온 성능 저하문제를 해결한 전고체전지를 개발했다.
포스텍(POSTECH·총장 김무환)은 강병우 신소재공학과 교수팀이 '리시콘(LiSICON)'형 산화물 고체전해질의 우수성을 확인하고 이를 이용한 전고체전지를 개발했다고 23일 밝혔다. 관련 연구성과는 최근 '저널 오브 머터리얼 스케미스트리 에이'에 발표됐다.
리시콘형 고체전해질은 공기 중에서 안정적일 뿐 아니라, 주 구성물이 실리콘(Si)과 인(P)으로 구성되어 있어 고가의 금속을 포함한 다른 산화물 고체전해질에 비해 가격적으로 장점을 가지고 있으며 다른 산화물 전해질에 비해서 가벼워 고에너지 용량을 구현할 수 있다.
연구팀은 현재 주로 사용되는 고 니켈(High-Ni) 양극재와 리시콘형 고체전해질이 고온에서 열처리를 하더라도 서로 화학 반응해 성능이 저하되지 않고 양극재와 전해질과 연속적으로 접촉해 상온에서도 효율적으로 충전과 방전이 이루어진다는 것을 확인했다.
또 리시콘형 고체전해질은 다른 산화물 고체 전해질과 달리 차세대 고용량 음극재로 각광받는 리튬 금속을 안정적으로 사용할 수 있다는 것을 확인했다. 따라서, 리시콘형 산화물 전고체 전지는 고용량을 가지는 고 니켈 양극재와 리튬 금속을 이용해서 고에너지 밀도를 구현할 수 있는 가능성을 보여주었다.
강병우 교수는 “리시콘형 고체전해질은 액체 전해질이 없이도 상온에서 안정적으로 구동할 수 있고, 지금까지 단점으로 꼽혔던 차세대 산화물 전고체전지 핵심재료로서 많은 장점을 가지고 있다”며 “다만 리시콘형 고체전해질은 이온 전도도가 낮기 때문에 이 부분을 개선하는 연구를 계속 진행할 것”이라고 계획을 밝혔다.
이 연구는 한국연구재단의 중견연구지원사업과 기초연구실사업의 지원을 받아 수행됐다.
포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com
