이온저항층 제거, 전도도 2배

충방전 성능 3배↑...안전성 ‘쑥’

ETRI 연구진이 이온 저항층을 제거한 하이브리드 전해질을 제조해 전지 특성을 확인하는 모습. [ETRI 제공]
ETRI 연구진이 이온 저항층을 제거한 하이브리드 전해질을 제조해 전지 특성을 확인하는 모습. [ETRI 제공]

국내 연구진이 폭발 위험을 완벽 차단한 이차전지를 만들 수 있는 새로운 하이브리드 전해질 소재를 개발했다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 유기-무기 전해질 간 계면 이온저항층을 제거해 이온전도도와 충·방전 성능을 향상한 하이브리드 전해질을 개발했다고 17일 밝혔다.

기존 이차전지는 불에 잘 타는 액체 전해질을 사용해 폭발 위험성이 높았다. 기존 전해질을 액체에서 고체로 바꾸면 온도 변화나 외부 충격에 의한 위험성을 낮추면서도 디자인도 자유롭게 구현할 수 있다. 하지만 소재에 따라 계면 저항이 높거나 공정이 어려운 등 여전히 한계가 있었다.

ETRI는 유기물, 무기물 소재를 섞어 안전하면서도 높은 전도도를 지니는 하이브리드 전해질을 개발했다

연구진은 실험을 통해 제조 공정에서 무기 고체 전해질 소재 표면에 자연적으로 형성되는 ‘이온 저항층’이 전도 성능을 낮추는 원인임을 밝혔다.

실제 이온 저항층이 제거된 계면을 가지는 고체 전해질 입자를 기반으로 하이브리드 전해질을 제조, 이온전도도가 기존 전해질에 비해 2배 향상된 성능을 보이고 이를 기반으로 제조된 전지의 효율 특성 또한 3배 증가됨을 확인했다. 연구진이 고안한 방식은 제조 공정도 간단하고 기존 이차전지 설비를 그대로 활용할 수 있어 대량생산에 유리하다.

신동옥 ETRI 지능형센서연구실 박사는 “새로운 개념으로 전해질을 설계하면서 보다 폭넓은 이차전지 연구가 가능해졌다”면서 “앞으로 더욱 다양한 유무기 하이브리드 전해질 연구를 통해 안전하면서도 높은 성능을 지닌 이차전지를 개발하겠다”고 밝혔다.

이번 연구가 전해질 내 계면에 초점을 맞췄다면 향후 연구진은 충방전 효율을 높이기 위한 전극과 전해질 사이에 있는 계면을 제어하는 연구와 전해질 두께의 최적화를 통해 에너지 밀도를 높이는 등 후속 연구를 진행할 계획이다.

이번 연구결과는 에너지분야 국제학술지 ‘에너지 스토리지 머티리얼즈’ 최신호에 게재됐다. 구본혁 기자