“불 안 나는 배터리” 시대 성큼⋯포스텍, 전고체전지 난제 풀었다

연구 이미지. /포스텍 제공

전기차 화재 위험을 근본적으로 해결할 ‘꿈의 배터리’ 전고체전지의 상용화를 앞당길 핵심 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

포항공과대학교(이하 포스텍) 이상민 교수(배터리공학과·신소재공학과)와 박수진 교수(화학과) 공동 연구팀은 황화물계 고체전해질의 표면에 1nm(나노미터) 수준의 얇은 보호막을 형성해 제조 공정 중 발생하는 성능 저하와 구동 시 발생하는 접촉 손실 문제를 동시에 해결했다고 12일 밝혔다.

기존 액체 전해질을 고체로 대체한 전고체전지는 화재 위험이 낮아 차세대 배터리로 주목받고 있다.

특히 황화물계 고체전해질은 리튬이온 이동이 빨라 유력한 후보로 꼽히지만 수분이나 유기용매에 취약해 제조 공정이 까다롭고 낮은 압력에서 구동할 경우 성능이 급격히 떨어지는 고질적인 문제를 안고 있었다.

연구팀은 고체전해질 표면에 플루오로카본 말단을 가진 ‘자가조립 단분자층’ 보호막을 씌워 수분과 유기용매를 효과적으로 차단하는 데 성공했다. 

이 보호막은 전해질의 성능은 유지하면서도 전기화학적 안정성을 크게 높여 낮은 압력 환경에서도 전극 내부의 접촉 손실을 줄였다.

실험 결과, 완전한 배터리 셀(full cell)에서 300회 충·방전을 반복한 후에도 초기 용량의 90.5%를 유지하는 등 뛰어난 내구성을 보였다. 이는 에너지 밀도와 장수명을 동시에 확보해야 하는 상용화 기준을 충족하는 수치다.

이상민 교수는 “고체전해질 표면 안정화를 통해 전고체전지의 공정 신뢰성과 저압 구동 내구성을 확보할 수 있음을 확인했다”고 연구 의의를 전했다. 

이번 연구 성과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 에너지 머터리얼즈(Advanced Energy Materials)’ 표지 논문으로 게재됐다.

/단정민기자 [e-mail]