불 안나는 이차전지 나온다… 신라대 박상문 교수팀, 차세대 고체전해질 개발

국제학술지 ‘ACS Applied Energy Materials’ 표지 논문 선정

국내 연구진이 화재 위험을 근본적으로 차단한 차세대 전고체전지 핵심 소재를 개발했다.

신라대학교 연구팀이 화재 안전성을 높이면서 고속 충·방전이 가능한 차세대 전고체전지용 산화물 고체전해질 소재를 개발했다.

연구 결과는 미국화학회(ACS)가 발행하는 에너지 소재 분야 국제학술지 'ACS Applied Energy Materials' 9월호 표지 논문으로 선정됐다.

미국화학회 'ACS_Applied Energy Materials' 표지 논문.

연구는 소방안전학과·에너지소재공학과 박상문 교수팀이 수행했다. 김태윤 박사과정생이 제1저자로 연구를 주도했고, 양성준 박사가 공동연구자로 참여했다.

박상문 교수.

전고체전지는 기존 리튬이온전지의 액체전해질을 고체로 바꾼 배터리다. 액체전해질의 가연성에 따른 화재 위험을 낮출 수 있어 전기차와 에너지저장장치(ESS)용 차세대 배터리로 주목받고 있다.

연구팀이 주목한 것은 산화물계 고체전해질이다. 산화물계 소재는 열과 화학적 안정성이 높지만, 고체전해질과 전극 사이에서 계면저항이 발생해 리튬 이온의 이동을 방해한다.

연구팀은 새롭게 개발한 고체전해질을 실제 리튬전지에 적용해 전기화학적 성능을 확인했다. 이어 이론 분석을 통해 고체전해질의 결정구조와 리튬 이온 이동 경로의 관계도 규명했다.

이는 단순히 새로운 소재를 만드는 데 그치지 않고 소재의 구조가 리튬 이온 이동과 성능에 어떤 영향을 미치는지 제시했다는 데 의미가 있다.

연구팀은 현재 후속 연구를 통해 성능 개선을 이어가고 있다. 관련 기술의 국내외 특허 출원도 진행 중이다.

특히 연구팀은 현재 5C 수준의 고속 충·방전에서도 안정적으로 작동하는 산화물계 전고체전지 소재와 계면 기술 개발을 추진하고 있다.

박상문 교수는 "산화물계 고체전해질의 안전성을 유지하면서 전고체 이차전지의 고속 충·방전 성능을 높이는 것이 중요한 과제"라며 "5C 수준의 고속 충·방전에서도 안정적으로 작동할 수 있는 소재와 계면 기술을 개발하기 위한 연구를 진행하고 있다"고 말했다.

영남취재본부 김수로 기자 relationship6007@asiae.co.kr