하윤철 박사가 도포된 슬러리(왼쪽)와 슬러리 용액을 들고 포즈를 취하고 있다.[제공=한국전기연구원]

- 전기硏 하윤철 박사팀, 160℃ 저온소결형 고체전해질 원천기술 확보
- 실용화 관건인 계면저항 극복, 기술이전 수요업체 발굴 통한 조기 사업화 추진

[헤럴드경제=구본혁 기자] 최근 스마트폰 등 배터리의 폭발 사고로 발화와 폭발 위험이 없는 안정화된 ‘전고체전지’에 대한 관심이 높아지고 있다. 전고체전지 실용화에 가장 큰 걸림돌이었던 활물질-고체전해질 경계에서의 높은 저항 문제를 극복할 수 있는 획기적인 전극 제조기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국전기연구원 전지연구센터 하윤철 박사팀은 ‘160℃ 저온에서도 결정화가 가능한 고체전해질 원천기술’과 이를 이용한 ‘슬러리 코팅 방식의 고용량 활물질-고체전해질 복합전극 제조 원천기술’을 개발했다고 18일 밝혔다.

연구팀은 현재 상용화된 리튬이온전지의 발화와 폭발문제를 근원적으로 해결하기 위해 불연성의 전고체전지에 주목했다.

연구팀은 리튬-인-황화물에 리튬-요오드화합물을 첨가한 고체전해질 합성 공정을 최적화해 160℃의 낮은 결정화 온도에서도 슈퍼이온전도체 특성을 나타내는 ‘유리-결정질의 고체전해질’을 개발했다.

일반적으로 슈퍼이온전도체는 황화물계의 경우 250~450℃에서 열처리하는 과정을 거쳐야 하는데, 연구팀이 개발한 고체전해질은 고분자 바인더나 리튬 금속의 용융온도인 180℃보다도 낮은 160℃에서 결정화가 가능해 바인더나 리튬음극의 손상 없이 전극이나 전지 제조 후 열처리가 가능하다.

이러한 특성을 이용해 슬러리 제조 시에는 비정질 상태의 분쇄된 고체전해질을 혼합하고 전극 제조 후 160℃ 저온 열처리함으로써, 전극 내 고체전해질이 슈퍼이온전도체로 바뀌면서 동시에 고체-고체 계면이 소결되는 새로운 공정을 개발했다.

이러한 소재와 공정 혁신은 복합전극 내 활물질-고체전해질 계면저항을 크게 낮춤과 동시에, 계면의 기계적 내구성도 우수한 전극 제조를 가능하게 해 전고체전지 실용화를 크게 앞당길 것으로 기대하고 있다.

하윤철 박사는 “전기차와 에너지저장장치용 이차전지 시장이 본격화됨에 따라 선진국들은 이미 안전하면서도 에너지 밀도가 높은 전고체전지 관련기술을 선점해 나가고 있다”면서 “이번 성과는 전고체전지가 가진 계면저항 등의 난제를 해결하고 상용화를 추진할 수 있는 발판을 마련했다는 측면에서 큰 의의가 있다”고 전했다.

이번 연구성과는 재료 및 계면분야 국제학술지 ‘ACS 어플라이드 머티리얼즈 앤 인터페이스’ 온라인 판에 게재됐다.

연구팀은 현재 고체전해질의 이온전도도 향상과 공기안전성 향상 연구를 진행하고 있으며, 원료 생산 공정에서부터 셀 제조 공정에 이르기까지 규모를 키우기 위한 후속 연구를 수행중이다. 가까운 시일 내 상업화를 위한 기술이전 수요업체 발굴을 통해 조기 사업화를 추진한다는 목표다.

nbgkoo@heraldcorp.com