전남대(총장 장성택)는 박찬진 신소재공학부 교수팀이 화재 안전성 및 실용성을 크게 개선한 전고체 배터리를 개발했다고 15일 밝혔다.
최근 전기차용 배터리 화재 안전성에 대한 관심이 커지면서 리튬이온배터리에 사용하는 액체전해질에 비해 안정한 고체전해질을 사용하는 전고체 배터리가 주목을 받고 있다. 세계적으로 세라믹(황화물, 산화물) 및 고분자를 비롯한 다양한 소재를 고체전해질로 사용하기 위한 연구들이 활발하게 이뤄지고 있다.
기존 세라믹 고체전해질 소재의 경우 상온에서 액체전해질에 준하는 이온전도도를 확보하는 데는 성공했다. 하지만 실제 배터리에 적용 시 전극과의 계면 저항이 커서 전극과 고체전해질이 잘 밀착할 수 있도록 높은 압력을 가해주거나 배터리를 60℃ 이상의 고온에서 구동해야 하는 문제점이 있었다. 고분자 고체전해질의 경우 특유의 탄성으로 인해 전극과의 결합 부분에서는 상대적으로 유리하지만 상온에서 이온전도도가 낮아 정상적인 구동을 위해서 여전히 60℃ 이상의 고온이 필요하다는 문제가 있었다.
박찬진 교수팀은 기존 고체전해질이 가지고 있던 60℃ 이상의 높은 구동 온도와 전극과의 계면 저항 등의 문제를 해결했다. 연속적인 3차원(3D) 세라믹 고체전해질 구조체와 고분자 고체전해질을 결합함으로써 이온전도도를 최적화시킨 독창적인 구조의 복합 고체전해질을 개발했다.
특히 3D 세라믹 구조체와 전극이 결합된 상태에서 액상 모노머를 다공성 전극 내부로 직접 흘려주고 현장중합 시킴으로써 전극과 고체전해질과의 계면저항 문제를 해결했다. 제조된 전고체 배터리는 외부로부터 별도의 가압이 필요 없으며, 상온에서 안정적으로 구동했다.
이번 연구는 보다 경제적이며 실용화에 근접한 전고체 배터리를 제안했다는 데 큰 의미가 있다. 개발 기술은 전기차를 비롯해 에너지저장장치(ESS), 휴대용 전자기기, 웨어러블 기기 등에 활용될 전망이다.
박찬진 교수는 “새로 개발한 기술은 전고체 배터리의 높은 계면저항 및 고온구동 문제를 해결함으로써 전고체 배터리의 실용화에 기여할 것”이라고 말했다.
광주=김한식 기자 hskim@etnews.com
