[기계신문] 한국전자기술연구원(KETI)이 전고체전지 핵심 소재인 황화물계 고체전해질의 황화수소 가스 발생량을 저감하는 소재 기술을 개발했다.
이때 고체전해질(Solid Electrolyte)은 전지 내 리튬이온이 전도 가능한 고체 상태의 물질로, 현 리튬이온전지에 적용되는 전해액 수준의 높은 이온 전도도를 지니고 있다.
전고체전지는 기존 리튬이온전지의 양극과 음극 사이를 채우고 있는 액체전해질을 고체로 바꾼 전지로서, 폭발 위험이 없어 안전하면서도 기존 전지에 비해 에너지 밀도가 높아 차세대 전지로 주목받고 있다.
고체전해질을 구성하는 핵심 소재로는 폴리머·황화물·산화물 등이 있지만, 그 중에서도 연성이 크고 이온 전도도가 높은 황화물계 고체전해질이 고용량 대형 전지 제조에 적합한 것으로 평가받는다.
KETI 차세대전지연구센터에서 개발한 소재 기술은 고체전해질에 제올라이트 나노입자를 소량 첨가·합성함으로써 황화수소 발생을 감소시키는 것이 핵심으로, 대기 내 수분과 황화수소 가스를 동시에 흡착하는 제올라이트(Zeolite, 실리콘과 알루미늄으로 이뤄진 다공성 광물)의 특성을 활용했다.
황화물계 고체전해질은 수분에 대한 반응성이 높아 유해가스인 황화수소가 발생한다는 단점이 있고, 결국 전지 성능 저하 및 전지 제조 공정에서 취급을 어렵게 하는 걸림돌로 작용해왔다.
이번 개발 기술을 적용하면 대기(상대습도 50%) 노출 시에도 황화수소 발생량이 1/3 수준으로 감소되어 전해질 소재의 열화를 방지해 전지 수명을 안정적으로 확보할 수 있고, 전지 자체가 파괴되더라도 황화수소의 발생을 줄이기 때문에 전지 안전성 확보에 효과적이다.
기술 개발을 주도한 조우석(책임연구원) 박사팀은 ”첨가제의 개념으로 기존 소재를 활용했기 때문에 신규 소재를 개발하는 것 대비 단기간에 효율적인 기술 확보가 가능했다“며 ”차세대전지 핵심 기술들을 발판으로 향후 고체전해질 신규 소재 개발에도 박차를 가하겠다“고 밝혔다.
한편, 이번 연구 성과는 그 우수성을 인정받아 재료화학 분야 국제학술지 ‘재료화학 A 저널(Journal of Materials Chemistry A)’ 7월 22일자 게재되었다.
KETI 차세대전지연구센터 유지상 센터장은 “KETI는 전고체전지 소재 및 전극 요소 기술뿐만 아니라 전지 제조 기술까지 폭넓은 연구를 진행하고 있다”며 “전고체전지 분야 국내 핵심 연구기관으로서 전고체전지 상용화 연구에 주력하겠다”고 강조했다.
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