전기차 주행거리를 지금보다 2배 이상 늘릴 수 있는 대용량이면서도 부피는 3분의 1로 줄이고 폭발이나 화재위험까지 제거한 고체전지가 개발됐다.

한국생산기술연구원 연구진은 폭발과 화재위험을 없애면서도 배터리 팩 부피를 획기적으로 줄일 수 있는 전(全)고체전지 제작기술을 개발했다고 17일 밝혔다. 이번에 개발된 기술은 에너지저장장치(ESS)나 전기자동차의 배터리로 활용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.

전고체전지는 전지 내부 양극과 음극 사이에 있는 전해질을 액체에서 고체로 바꾼 차세대 이차전지이다. 현재 전기차나 ESS에 사용되고 있는 이차전지는 대부분 액체전해질을 사용하는 리튬이온전지로 과열되거나 충전이 과하게 될 경우 팽창해 폭발할 가능성도 있다.

연구팀은 고체전해질 중 산화물, 특히 효율이 높은 리튬-란탄늄-지르코늄-산소(LLZO) 소재를 이용한 고강도 복합고체전해질 시트 제조기술을 개발했다. LLZO 소재는 안전성은 뛰어나지만 제작비용이 비싸고 용량이나 수명을 늘리는데 한계가 있어 상용화가 되지 못했다. 연구팀은 비교적 저렴한 연속생산 공정을 도입해 LLZO 분말의 생산비용을 줄이고 분말입자를 나노화시키는데 성공했다. 나노수준의 LLZO 고체전해질 분말은 전지 제작시간을 5분의 1로 줄임으로써 생산 비용도 크게 줄일 수 있었을 뿐만 아니라 전지의 용량과 수명을 좌우하는 이온전도도도 기존 기술보다 3배 이상 향상시켰다.

더군다나 전고체에너지 단위셀 10개로 구성된 바이폴라 구조의 셀스텍을 만드는데도 성공해 상용화 가능성을 한층 높였다. 가로 세로 각각 11㎝, 12㎝ 크기의 대면적 셀스텍을 과충전시킨 다음 가위로 자르는 외부 충격을 주는 실험을 했을 때도 불이 붙거나 폭발현상은 관찰되지 않았다. 여기에 400회 이상 충방전 후에도 배터리 초기용량의 84% 정도를 유지해 기존 전고체전지보다 수명이 5배 이상 늘었다.

이번 기술을 이끈 생산기술연구원 제주지역본부장 김호성 박사는 “최근 잇따른 에너지저장장치(ESS) 폭발, 화재사고로 배터리 안전성이 중요해지는 상황에서 국내 기술력으로 기존 전지를 대체할 수 있는 차세대 전고체전지 기술을 확보했다는 점이 의미가 크다”고 말했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr