폭발·화재 위험 없는 전고체전지 고체전해질 나왔다

KIST 연구팀

[아시아경제 김봉수 기자] 리튬이온전지의 폭발 및 화재 위험을 줄이기 위해 차세대 배터리 기술인 전고체 전지 연구 개발이 한창이다. 국내 연구진이 기존의 액체전해질을 대체할 수 있는 고성능의 고체전해질을 개발해 전고체 전지 상용화에 성큼 다가섰다는 평가다.

한국과학기술연구원(KIST)은 에너지저장연구센터 류승호 박사 연구팀이 황화물계 고체 전해질의 소재 및 합성공정을 최적화해 액체 전해질의 이온 전도도에 상응하는 고이온 전도성 고체 전해질을 개발했다고 19일 밝혔다.

액체 전해질의 이온전도도에 상응하는 다양한 리튬전고체전지의 고체 전해질 후보물질들이 속속 보고되고 있는 가운데 황화물계 고체 전해질은 상대적으로 높은 이온 전도도를 보여 소재 및 합성 공정 개선을 위한 연구가 시도되고 있다. 문제는 황화물계 고체 전해질의 경우 대기 노출시 수분과 반응해 유독한 황화수소(H2S) 가스를 발생시킨다는 것이다.

연구팀은 고이온전도성 황화물계 고체 전해질 중 하나인 아지로다이트 (Argyrodite) 고체 전해질 소재 내부에 안티모니(Sb)와 게르마늄(Ge)를 도입하고 추가 리튬(Li)을 삽입해 16.1mS/cm의 고이온전도성 고체 전해질을 개발했다. 이는 10mS/cm급의 이온 전도도를 가지는 상용 액체 전해질에 상응하는 수준으로, 기존에 개발된 아지로다이트 황화물계 고체 전해질의 최고 수준 이온전도도인 14.8mS/cm을 넘어선다. 연구팀은 개발된 고체 전해질을 상용 양극에 적용하여 액체 전해질을 이용한 경우와 유사한 초기 용량을 얻었으며, 추후 전지 제조 공정의 최적화를 통한 고에너지, 장수명 리튬전고체전지 개발에 대한 기대감을 높였다. 황화수소 가스 발생 문제도 안티모니를 도입해 수분과의 반응성을 줄여 황화수소 가스 발생을 70% 이상 줄이는 데 성공했다.

류승호 박사는 "본 연구를 통하여 개발된 고체 전해질은 액체 전해질에 상응하는 고이온 전도도를 보인다"면서 "기존의 황화물계 고체 전해질의 대기 안정성을 크게 개선해 폭발 위험성 없는 고안전성 리튬전고체전지의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구 결과는 에너지소재 분야의 국제학술지인 ‘ACS Energy Letters’ (IF : 23.101, JCR 분야 상위 3.302%) 최신 호에 게재됐다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr