광주과학기술원(GIST)은 김상륜 에너지융합대학원 교수팀이 LG에너지솔루션, 한국전자기술연구원(KETI) 차세대전지연구센터와 함께 이온전도성을 높이고 리튬 메탈에 대해 안정된 반응을 보이는 수소화-황화물계 고체 전해질을 개발했다고 22일 밝혔다.
니켈(Ni)·코발트(Co)·망간(Mn) 등 NCM 양극재와 리튬 메탈 음극재를 사용하는 전고체 배터리는 높은 에너지.파워 밀도를 갖기 때문에 차세대 전기자동차, 선박 등에 활용될 수 있다. 하지만 고체 전해질의 NCM 및 리튬 메탈에 대한 불안정한 반응으로 인해 고전류 밀도에서 구동이 어렵고 비가역 용량이 빈번히 발생하는 단점이 있다.
연구팀은 수소화물 음이온과 황 음이온을 아지로다이트 황화물계 고체전해질의 결정 구조에 공존시키는 독자적 재료를 설계했다. 향상된 이온전도성과 환원성을 겸비하는 고체 전해질뿐만 아니라 고성능 전고체 배터리를 제조할 수 있었다.
연구팀은 수소화-황화물계 고체전해질을 통해 NCM/리튬(Li) 전고체 배터리에 적용한 결과, 고전류 밀도에서 200회 충·방전 후에도 쿨롱 효율이 100%에 근접하는 가역적인 방전용량을 가지는 고성능 NCM/Li 전고체 배터리를 만드는 데 성공했다.
□ 김상륜 교수는 “이번 연구 성과는 고환원성의 수소화물의 중요성을 제시하고 NCM/Li 전고체 배터리용 고체전해질 설계에 대한 이해를 증진하는 데 도움이 된다”며 “향후 수소화물을 활용한 전고체 배터리뿐만 아니라 리튬이온 배터리, 소듐이온 배터리, 포타슘이온 배터리 등 의 차세대 배터리 기술 개발에 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
광주=김한식 기자 hskim@etnews.com
