한국에너지기술연구원(원장 이창근)은 장보윤 에너지저장연구단 박사팀이 상온에서도 높은 이온전도성을 가진 전고체 전지용 복합 고체전해질 개발에 성공했다고 21일 밝혔다.
전고체 전지는 차세대 꿈의 배터리로, 화재 위험성은 낮고 에너지밀도는 높다. 전기차 주행거리 족쇄를 풀 열쇠다. 그리고 복수의 고체 전해질 소재를 혼합한 복합 고체전해질은 고체전해질 각각의 단점을 보완, 성능을 향상시킨 것이다.
에너지연 연구진의 복합 고체전해질 적용 전고체 전지는 1㎏당 310와트시(Wh)의 높은 에너지밀도 성능을 보였으며, 구부리거나 잘라도 안정적으로 작동해 내구성도 우수하다. 기존 상용이차전지의 에너지밀도 한계(300Wh/㎏)를 뛰어넘는다.
연구진이 개발한 복합 고체전해질은 국내 최초로 기존 산화물계 고체전해질 함량 한계인 30%를 80%까지 높여 이온전도성과 안정성을 대폭 끌어올렸다.
적층형 특수 설계를 적용했다. 산화물 고체전해질이 80% 함유된 중간층과 이온전도성 첨가제를 함유한 고이온전도성 고분자 전해질이 위-아래층으로 있는 3층 샌드위치 구조다.
연구진은 이 구조로 양극·음극이 맞닿은 부분의 저항은 획기적으로 줄이고, 고함량 고체전해질은 이온전도성을 10배 이상 향상시켜 우수한 성능을 발현했다. 또 고분자를 바인더로 활용해 소재 간 결착력·안정성을 강화해 얇게 만들 수 있다. 대량 생산에 적합한 롤투롤 공정으로도 제품을 제작할 수 있다.
이번 연구 결과는 캐나다 연방 연구 개발 기관(NRC)과 2년간의 국제 공동연구 결과로, 전고체 전지 기술 국제협력 강화는 물론이고, 북미 시장 진출 발판이 될 전망이다.
장보윤 박사는 “출연연 주도로 안전하고 우수한 산화물계 고체 전해질 기술개발과 사업화 가능성을 제시했다는 점에 큰 의의가 있다”며 “기존 한계를 극복하는 배터리 소재 확보로 전기자동차 시장 경쟁력 강화에 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.
이미 전고체 전지 스타트업인 에이에스이티(대표 박석정)에 1차 기술이전을 완료했다. 에이에스이티는 전기자동차용 전고체 전지 2026년 상용화를 목표로 하고 있다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
