KETI, 전고체전지 성능 향상 기술 개발

지난달 6일 게재된 Advanced Energy Materials의 백커버

한국전자기술연구원(KETI, 원장 신희동)은 황화물계 전고체전지의 양극재와 전해질 사이의 계면 저항을 획기적으로 개선 가능한 신규 기술을 개발했으며, 관련 내용이 에너지화학 분야 국제 학술지 ‘Advanced Energy Materials’ 백커버 논문으로 선정됐다고 지난달 12일 밝혔다.
황화물계 전고체전지는 차세대전지의 후보군 중 연성이 크고 이온 전도도가 높아 상용화에 가장 가까운 기술로 평가받고 있으나, 양극재와 전해질 사이에서의 계면 저항이 높다는 문제점을 안고 있었다. 이러한 현상(계면 저항)은 산화물인 양극 활물질과 황화물인 고체 전해질 사이의 화학적 에너지 차이로 인해 계면에 공간 전하층(Space Charge Layer)이 발생하기 때문인데, 계면 저항은 배터리의 용량 및 출력 특성을 낮추고 나아가 배터리 에너지밀도 및 급속 충전 시 걸림돌로 작용하게 된다.
KETI 차세대전지연구센터의 조우석 박사 연구팀은 건국대 김기재 교수 연구팀(미래에너지공학과)과의 공동연구를 통해 상유전성(Paraelectricity)을 가지는 유전체 물질을 양극 표면에 특수 코팅함으로써, 양극재와 전해질 사이의 계면에서 리튬 이온의 농도를 조절하고, 리튬 이온이 원활하게 이동할 수 있는 경로를 확보하여 계면 저항을 67% 감소시켰다.
기존 황화물계 전고체전지의 경우 계면 저항을 낮추기 위해 리튬을 포함하는 특정 산화물(LiNbO₃)을 양극 표면에 코팅하는 방식을 주로 사용하였는데, 관련 기술을 일본에서 선점하고 있어 새로운 코팅 물질 개발에 대한 필요성이 꾸준하게 제기되었다.
기술 개발을 주도한 조우석 박사(책임연구원)에 따르면 연구팀은 특정 유전체 물질이 공간 전하층의 생성을 완화하여 계면 저항을 억제시키는 것을 확인하였고, 이를 발전시켜 기존 리튬이온전지와 동등한 수준의 용량을 구현하고 배터리 출력 특성을 개선하는데 성공했다.
KETI 차세대전지연구센터 유지상 센터장은 “KETI 연구팀은 전고체전지 소재 및 전극 요소 기술에서부터 전지 제조기술까지 폭넓은 분야의 연구를 진행하고 있다”며 “해외 기술을 넘어서는 주요 원천기술을 확보하여 전고체전지 상용화에 주력하겠다”고 말했다.
이번 기술은 산업통상자원부, 한국산업기술평가관리원의 지원 및 ㈜엘지에너지솔루과의 연구 협력을 통해 개발됐다.