고전압 견디는 고체전 해질 개발…"전고체 전지 상용화 기대"

KIST, 美 LLNL과 공동연구…ACS 에너지 레터스 게재

리튬이온전지를 대체할 전고체 전지 상용화에 필요한 특성인 높은 전압에서의 안정성을 보이는 염화물계 고체 전해질이 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST)은 에너지저장연구센터 류승호 책임연구원과 계산과학센터 한상수 책임연구원 공동연구팀이 미국 로렌스 리버모어 국립연구소(LLNL) 브랜던 우드 박사와 공동으로 슈퍼컴퓨터를 활용해 불소를 치환한 고전압 안정형 염화물계 고체 전해질을 개발했다고 밝혔다.

리튬이온전지는 화재 및 폭발에 취약한 액체 전해질을 활용하는 문제점이 있어 불에 타지 않는 고체 전해질로 이를 대체하는 연구가 주목받고 있다.

고체 전해질로는 이온 전도성이 뛰어난 황화물계 고체 전해질 연구가 주로 이뤄지지만, 고에너지 밀도 전지에 필요한 고전압에서 불안정성을 보이는 문제가 있어 이를 대체하기 위한 염화물계 고체 전해질 등에 대한 연구가 이뤄지고 있다.

KIST 연구팀은 염화물계 고체 전해질(Li3MCl6)이 고전압에서도 잘 견딜 수 있도록 염소 중 하나를 화학적 결합력이 강한 불소로 치환한 고체 전해질의 최적 조성과 설계 원리를 제시했다.

이를 LLNL이 슈퍼컴퓨터 분석해 결과를 계산하고, 그 결과를 다시 KIST에서 실험을 통해 검증했다.

이렇게 만든 고체 전해질을 전고체 전지에 적용한 결과 상용 리튬이온 전지와 비슷한 고전압에서도 안정적인 모습을 보였다.

기존 염화물계 고체 전해질은 안정적 범위가 4V 수준에 머물렀는데 6V 이상까지 견딜 수 있게 된 것이다.

KIST와 LLNL은 2019년부터 이차전지 공동연구를 진행 중이며, 양 기관은 이번 연구 결과를 바탕으로 전고체 전지 개발에 필요한 소재 합성 공정과 전극 및 전지 제조 공정 최적화 연구를 수행하기로 했다.

류 책임연구원은 "화재 위험성이 없는 고에너지 밀도 차세대 리튬 전고체 전지의 상용화가 앞당겨질 것"이라고 말했다.

연구 결과는 지난 12일 '미국 화학회(ACS) 에너지 레터스'에 실렸다.

/연합뉴스