전고체 배터리 성능을 획기적으로 높일 수 있는 핵심 메커니즘이 국내 연구진에 의해 규명됐다.
한국연구재단은 김동완 고려대 교수 연구팀이 차세대 전고체 배터리 핵심 소재인 리튬 아지로다이트계 고체 전해질의 성능을 최대화할 수 있는 새로운 공정을 개발하고, 성능 향상 메커니즘을 규명했다고 16일 밝혔다.
연구팀은 전고체전지용 황화물계 리튬이온 전도체 합성공정에 단일 용매 매개 방식의 습식 공정을 도입했다. 이를 통해 리튬 아지로다이트 고체 전해질 내 이온 전도도를 높이기 위한 양이온(Si) 치환 농도를 기존 합성 방식(30%)의 한계를 넘어 40%까지 성공적으로 증가시켰다.
새로운 공정을 통해 제조된 고체 전해질은 입자 크기가 감소하고 표면적 대 부피 비율이 증가했다.
이러한 변화는 치환된 원자들이 공간 전하층 내 효과적으로 축적되도록 유도하는 계기가 됐는데, 이는 결과적으로 이온 전도도 향상 핵심 메커니즘으로 입증됐다.
실제 새로운 공법으로 제조된 고체 전해질은 치환 전 1.7mS/cm-1에서 약 3.1mS/cm-1의 높은 이온 전도도를 나타내 기존 방식 대비 뛰어난 성능을 증명했다.
특히 이번 연구는 고체 전해질 성능 향상의 핵심 원리를 과학적으로 밝혀냈다는 점에서 학술적 가치가 매우 높은 것으로 평가된다.
김동완 교수는 “이번 연구의 가장 큰 의의는 차세대 전고체 배터리 핵심 소재의 성능을 획기적으로 향상하는 메커니즘을 규명했다는 점”이라며 “향후 더욱 안전하고 고성능의 전고체 배터리 개발을 위한 후속 연구를 적극적으로 추진해 나갈 것”이라고 말했다.
이번 연구성과는 재료 분야 국제학술지 '어드밴스드 에너지 메터리얼즈'에 지난달 25일 게재됐다.
이인희 기자 leeih@etnews.com
