[기계신문] 한국전자기술연구원(KETI)이 전고체전지의 수명 특성과 생산성이 향상된 석출형 음극 공정기술을 개발했다.
전고체전지는 고체전해질을 도입한 차세대 전지로, 안전성의 근본적인 개선과 동시에 기존 리튬이온전지가 가진 에너지 밀도의 한계를 뛰어넘을 수 있어 기술 상용화를 위한 글로벌 원천기술 경쟁이 치열한 상황이다.
고체전해질(Solid Electrolyte)은 전지 내 리튬이온이 이동 가능한 고체 상태의 물질로, 특히 황화물계 고체전해질은 연성이 크고 이온전도도가 높아 고용량의 대형 전지 제조에 적합하다고 평가받고 있다.
KETI 차세대전지연구센터에서 개발한 석출형 음극 기술은 열 환원이 가능한 은 화합물을 전극 제조공정에 활용함으로써 전고체전지의 수명 특성을 높이고 대량 제조를 가능하게 하는 것이 핵심이다.
그동안 은 입자와 탄소 입자는 각각의 물리적 특성 차이로 인해 전극 제조 공정의 난이도를 높이고 전극 대량생산의 걸림돌로 작용하였으나, KETI 연구진은 전극을 코팅하고 건조하는 공정에서 사용하는 열에너지를 기반으로 은-탄소 복합층을 합성하는데 성공했다.
기술개발을 주도한 정윤채(선임연구원) 박사팀에 따르면, 기술 적용 후 전극 내 은과 탄소 입자의 분포가 균일해지는 것을 확인하였으며 이에 따라 음극 내 리튬 이온의 활발한 이동이 가능해졌다.
뿐만 아니라 은 입자의 크기도 기존의 1/10 수준인 5 nm(나노미터) 규모로 감소하였기 때문에, 더욱 경제적인 방법을 통해 대량의 전극 생산이 기대된다.
KETI 유지상 차세대전지연구센터장은 “은-탄소 입자의 효율적인 복합에 성공함으로써 전지 자체의 성능 향상뿐만 아니라 제조 공정의 단순화를 현실화했다”면서 “KETI는 차세대 전지 분야 핵심 기술을 발판으로 향후 고체전해질 신규 소재 및 공정 개발에도 집중하겠다”고 밝혔다.
산업통상자원부 및 한국산업기술기획평가원의 지원을 받은 산업기술 알키미스트 프로젝트를 통해 수행된 이번 연구 결과는 화학 및 에너지 분야 국제학술지 ‘재료화학저널A(Journal of Materials Chemistry A)’ 최신호(12월 14일 발간)에 게재되고 전면 표지 논문으로 선정되는 성과를 이뤘다.
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