[기계신문] 한국전자기술연구원(KETI)은 전고체전지의 핵심소재인 황화물계 고체전해질의 대기 안정성을 개선하면서도 이온전도도를 높일 수 있는 소재 기술을 개발하여, 이를 상용화하기 위해 씨아이에스㈜와 기술이전 협약을 21일(월) 체결했다.
고체전해질(Solid electrolyte)은 고체상태 물질로 리튬이온의 전도가 가능하면서 현 리튬이차전지에 적용되고 있는 전해액 수준의 높은 이온전도도를 갖는 물질이다.
전고체전지는 리튬이차전지와 달리, 액체 상태의 전해질 대신 불연성 고체전해질을 사용한 전지로서, 화재의 위험이 없으면서도 현 리튬이차전지 에너지밀도의 한계를 두 배 이상 넘어설 수 있어 차세대 전지로 주목받고 있다.
그 중에서도 황화물계 고체전해질을 사용하는 전고체전지는 물질 자체의 높은 이온전도도와 무른 연성으로 입자를 조밀하게 압착할 수 있어 이온 전도에 유리하기 때문에, 고용량 대형 전지 제조에 적합한 소재로 알려져 왔다.
하지만 황화물계 고체전해질은 대기 노출 시 수분과 쉽게 반응하여 황화수소 가스가 발생하게 되고, 결국 이는 소재 자체의 열화로 인한 전지 성능 저하 및 전지 제조 공정의 어려움으로 귀결되어 상용화에 걸림돌로 작용했다.
KETI 차세대전지센터는 기존 고체전해질의 양이온과 음이온을 조절한 특정 조성을 설계함으로써 고이온 전도가 가능하며, 대기 노출 시에도 황화수소 가스 발생량을 1/4 수준으로 저감시킬 수 있는 기술을 개발했다.
또한 이 기술은 대기 노출 후 이온전도도 유지율도 큰 폭으로 향상시켜 전고체전지 제조 공정의 어려움을 큰 폭으로 개선할 것으로 기대를 모으고 있다.
기술 개발을 주도한 조우석 책임연구원은 “전기자동차의 차세대 에너지원은 전고체전지가 될 것이라 확신한다. 가장 상용화에 근접해 있는 기술로, 기존 리튬이차전지의 에너지밀도를 상회할 수 있는 결과들이 속속 보고되고 있다”면서 “기술이전을 통해 고체전해질 소재의 빠른 상용화와 더불어 글로벌 경쟁 최전선에서 국산 기술이 세계를 선도하길 희망한다”고 밝혔다.
KETI 김영삼 원장은 “이 기술은 산업통상자원부가 지원한 국책과제를 통해 씨아이에스는 고체전해질 양산화 공정 개발, KETI는 신규 소재 기술 개발에 정진하여 만들어낸 성과로서 산·연 협력의 성공 모델이자 산업계에 KETI을 역할을 다시 한번 보여준 사례”라고 강조했다.
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