[더퍼블릭 = 임준 기자] 국내 에너지 관련 연구기관이 260회 충·방전 가능한 전고체 전지 개발에 성공한 것으로 나타났다.
한국전기연구원(KERI) 차세대전지연구센터 김병곤 박사팀은 안정성과 수명이 크게 좋아진 황화물계 차세대 전고체 전지 개발에 성공했다고 8일 밝혔다.
전고체 전지는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 '전해질'을 가연성의 액체에서 화재나 폭발의 위험성이 낮은 고체로 대체한 것으로 알려져 있다.
전고체 전지는 낮은 이온 전도성, 제조공정 및 양산화의 어려움, 높은 단가 등 상용화까지 해결해야 할 많은 과제를 안고 있었으며 고체 형태의 전해질과 양극·음극 그리고 도전재와의 계면 불안정성, 이로 인한 활성 리튬 손실, 내부단락 발생 등의 문제가 가장 큰 것으로 알려져 있다.
한국전기연구원 김병곤 박사팀은 ‘희생양극'과 '인듐음극'을 도입해 이같은 문제를 해결한 것으로 알려졌다.
계면 불안정성으로 인해 발생하는 리튬 손실을 보상하기 위해 도입된 희생양극은 충전 중에 질화리튬(Li3N)이 분해되면서 전지에 추가적인 리튬을 제공해주는 것으로 알려졌다.
추가된 리튬은 인듐 음극과 반응하여 부피를 더욱 팽창시켜 셀 내부 압력을 높이고, 이는 입자간 접촉을 향상시켜 전지의 성능을 업그레이드 해준다는 것.
리튬이 충·방전을 거듭할수록 나뭇가지 모양으로 자라나는 '수지상 성장'을 억제해주는 인듐음극은 고체 전해질과 안정적인 화학적 계면을 형성해줌으로써 전지의 장기 수명 특성을 크게 높여준다고 연구원은 설명했다.
KERI가 개발한 희생양극 및 인듐음극 기술이 도입될 경우 260사이클 이상의 안정적인 충·방전 수명 특성을 확보할 수 있다는 것을 확인한 것으로 알려졌다.
김병곤 박사는 "희생양극은 추가적으로 금속성 리튬음극을 사용하지 않아도 되기 때문에 셀 제작 단계에서 공정과 비용을 최소화하면서 성능도 함께 향상시킬 수 있는 기술"이라고 밝혔고 "인듐의 셀 전압이 낮아 추가적인 연구가 필요하긴 하지만, 인듐음극을 통해 전고체전지의 수명을 좌우하는 음극 분야에서 전지의 장기 안정성의 기반을 마련했다는 측면에서 그 의미가 매우 크다"라고 말했다.
KERI 주요사업 및 한국연구재단 기후변화대응기술개발사업으로 진행된 이번 연구결과는 세계적 학술지인 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈'에 표지논문으로 게재된 것으로 알려졌다.
업계 관계자는 “이번 개발로 전고체 전지의 난제인 리튬 손실 문제와 내부 단락 등이 향상된 것으로 보인다. 전지 안정성을 기반으로 보다 더 향상된 전고체 전지 개발이 기대된다”고 말했다.
[사진제공=연합뉴스]
더퍼블릭 / 임준 기자 uldaga@thepublic.kr
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