고체전해질로 안전한 ‘리튬이온전지’ 더 빨리 개발한다
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고체전해질로 안전한 ‘리튬이온전지’ 더 빨리 개발한다
  • 선연수 기자
  • 승인 2020.03.26 12:00
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[테크월드=선연수 기자] 한국과학기술연구원(KIST) 에너지소재연구단 김형철 박사팀이 배터리 공정 시간을 기존보다 3배 단축시키는 새로운 소재 합성 기술을 개발했다.

 

연구진이 개발한 것은 기존 배터리에 사용되던 액체전해질과 동등한 수준의 이온전도도를 가지는 황화물계 슈퍼 이온전도성 소재로, 이는 고체전해질이다. 최근 액체전해질에 기반한 리튬이온전지의 안전성 문제가 수 차례 부각되면서, 가연성을 띠는 액체전해질 사용에 대한 우려가 이어지고 있어 전고체전지(All-Solid-State Battery)에 대한 기대가 큰 상황이다.

KIST 김형철 박사팀은 아지로다이트(Argyrodite)라 불리는 황화물 결정 구조를 활용해 슈퍼 이온전도성이 구현되는 고체전해질을 개발했다. 이 결정 구조는 리튬 농도가 높고 구조적 안정성을 가져 활용이 기대됐으나, 결정 내 팔면체 케이지(Cage)에 갇힌 구조적 특이성으로 이온전도도는 4mS/cm 이하에 머무르는 정도였다.

이에 연구진은 특정 원자 위치에 할로겐 원소인 염소(Cl)를 선택적으로 치환하는 기술을 확보해 팔면체 케이지를 넘나들도록 리튬 이온 경로를 새롭게 발현시켰다. 이를 통해 개발된 소재는 상온에서 10.2mS/cm의 이온전도도를 보이며, 이는 기존의 액체전해질과 동등한 수준이다. 다양한 배터리 운전 조건에서의 전기화학적 안정성도 유지한다.

또한, 나노결정핵을 실시간으로 형성하는 고에너지 공정과 적외선 급속 열처리 기술을 조합한 간단한 합성법을 제안해 공정시간을 10시간 이내로 단축함으로써, 슈퍼 이온전도성 소재의 양산성을 극대화할 수 있을 것으로 기대된다.


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