‘아지로다이트’ 활용한 고체전해질 개발 성공...현재 배터리와 효율은 동일, 안전 ↑

국내 연구진이 폭발과 화재 위험을 없앤 전기자동차, 에너지저장장치(ESS)용 차세대 배터리 신소재를 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST) 에너지소재연구단 연구팀은 기존 배터리에 사용되는 액체전해질과 똑같은 성능을 가진 차세대 배터리용 신소재를 개발했다고 26일 밝혔다. 이번 연구결과는 나노분야 국제학술지 ‘나노 레터스’에 실렸다.

현재 전기차나 ESS에 쓰이는 배터리는 액체전해질을 사용한 리튬이온전지이다. 리튬이온전지 속 액체전해질은 안전성이 떨어져 폭발이나 화재 발생 가능성이 크다는 문제가 있다. 이 때문에 최근에는 전해질을 포함해 배터리 구성요소 모두를 고체로 만든 전고체전지 기술 개발이 활발하다. 그러나 고체전해질은 리튬 이온의 이동이 쉽지 않다는 문제가 있다.

연구팀은 ‘아지로다이트’라고 불리는 황화물 결정 구조를 활용해 이온전도성이 높은 고체전해질을 개발했다. 연구팀은 아지로다이트 구조의 특정 원자위치에 염소(Cl)를 선택적으로 치환해 리튬이온이 좀 더 쉽게 이동하도록 만들어 상온에서 기존 액체전해질과 동등한 수준인 이온전도도를 확보했다.또 이번에 개발한 새로운 합성법을 활용하면 슈퍼 이온전도성 소재의 제작 속도도 높일 수 있다. 기존 공정은 합성에 수 일 이상이 필요하지만 이번 공정은 고에너지공정과 적외선 급속 열처리 기술을 조합한 간단한 합성법으로 공정시간을 10시간 내로 단축했다. 이에 따라 슈퍼 이온전도성 소재의 상용화에도 크게 도움을 줄 수 있을 것으로 기대되고 있다.

김형철 KIST 박사는 “이번 연구는 폭발과 화재 위험을 없앤 슈퍼 이온전도성 소재를 쾌속 공정으로 합성할 수 있도록 해 대량생산과 상용화까지도 가능하게 했다는데 의미가 크다”라고 말했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr