기존 리튬이온전지 안전성 문제를 해소할 수 있는 기술이 국내 개발됐다.
한국과학기술연구원(KIST)은 에너지저장연구센터의 류승호 박사팀이 황화물계 고체 전해질의 소재 및 합성공정을 최적화해 액체 전해질 이온 전도도에 상응하는 고이온 전도성 고체 전해질을 개발했다고 19일 밝혔다.
전기자동차 및 에너지저장시스템(ESS) 시장의 급속 성장으로 리튬이온전지 수요가 증가하고 있다. 다만 기존 리튬이온전지는 가연성 액체 전해질을 이용해 안전성 논란이 있다. 비가연성 고체 전해질을 이용한 리튬전고체전지가 주목받지만, 리튬 이온 전도도가 낮다는 문제가 있다. 때문에 액체 전해질 수준의 이온 전도도를 가진 리튬전고체전지 개발이 시급하다.
황화물계 고체 전해질이 상대적으로 높은 이온 전도도를 가지는데, 대기 노출시 수분과 반응해 유독한 황화수소가스를 발생시키는 것이 문제다.
연구팀은 고이온전도성 황화물계 고체 전해질인 '아지로다이트' 고체 전해질 소재 내부에 안티모니(Sb)와 게르마늄(Ge)를 도입하고 추가 리튬(Li)을 삽입해 16.1mS/㎝의 고이온전도성 고체 전해질을 개발했다. 상용 액체 전해질 이온 전도도에 상응하고, 기존 아지로다이트 고체 전해질의 최고 수준 이온전도도를 넘어섰다. 이를 상용 양극에 적용, 액체 전해질과 유사한 초기 용량을 얻었다.
기존 황화물계 고체 전해질의 유독 황화수소 가스를 발생은 70% 이상 저감했다.
류승호 박사는 “폭발 위험성 없는 고안전성 리튬전고체전지 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.
이번 연구는 KIST 주요사업 및 한국연구재단 기후변화대응기술개발사업, 산업통상자원부 리튬기반 차세대 이차전지 성능고도화 및 제조기술 개발사업, 자동차산업핵심기술개발사업 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 에너지소재 분야 국제학술지인 'ACS Energy Letters' (IF : 23.101, JCR 분야 상위 3.302%) 최신 호에 게재됐다.
김영준기자 kyj85@etnews.com
