한국전기연구원과 금오공대 공동 연구팀이 전고체전지 상용화를 앞당길 '황화실리콘 최적 제조기술'을 개발했다.
한국전기연구원(전기연)은 하윤철 차세대전지연구센터 연구원이 박철민 금오공대 신소재공학부 교수와 공동으로 황화실리콘 공정 난이도를 극복한 고체전해질용(아지로다이트 계열) '황화실리콘 최적 제조기술' 개발에 성공했다고 20일 밝혔다.
전고체전지는 기존 액체 전해질을 화재나 폭발 위험성이 낮은 고체로 대체한 전지다. 제조공정과 양산화가 어렵고, 생산 단가도 높아 상용화까지 해결할 과제가 많다.
공동연구팀은 고체전해질 첨가 소재로 황화실리콘에 주목했다. 전고체전지용 고체전해질에 황화실리콘을 첨가하면 이온 전도도와 수분 안정성을 향상시킬 수 있기 때문이다.
문제는 황과 실리콘 합성에 높은 반응온도가 필요하고, 이에 따른 황의 증기압이 너무 커져 이를 제어할 공정 난이도도 높아진다는 점이다. 황의 증기압 상승을 해결하려면 고가 원료를 첨가하거나 특수공정을 도입해야 했다. 현재 황화실리콘 가격은 20g당 약 170만원 정도로 비싸다.
연구팀은 황과 실리콘의 배치를 조절해 800도 고온에서 황의 기화에 따른 증기압을 버틸 수 있는 밀폐 환경과 최적 합성조건을 구현하는 데 성공했다.
합성한 황화실리콘은 기존 대비 2배 이상 높은 이온 전도도와 수분 안정성을 나타냈다. 합성 공정 최적화로 제조단가도 낮출 수 있다.
하윤철 연구원은 “황화실리콘을 저비용으로 쉽게 제조해 고체전해질에 적용할 수 있는 발판을 마련했다”면서 “고체전해질 품질과 가격 경쟁력 향상, 전고체전지 상용화에 기여할 것”이라고 말했다.
전기연은 해당 기술 특허 출원을 준비하고, 기술이전 수요 기업을 발굴해 황화실리콘 제조 공정 스케일업과 상용화를 추진할 계획이다.
연구결과는 '저널 오브 머터리얼즈 케미스트리 에이(Journal of Materials Chemistry A, IF:14.511)' 표지논문으로 선정됐다.
창원=임동식기자 dslim@etnews.com
