'폭발 없는' 리튬 전고체전지 상용화…"한 걸음 더 가까워졌다"

머니투데이

변휘 기자

고이온전도성 황화물계 고체 전해질 합성 과정, 이온전도 메커니즘 모식도 및 이온전도도 평가 결과. /사진제공=KIST

국내 연구진이 폭발 위험성이 없고 유독 가스 배출도 줄인 리튬전고체전지의 원천 기술 개발에 성공했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 에너지저장연구센터 류승호 박사 연구팀(제1저자:이용흠 학생연구원)이 황화물계 고체 전해질의 소재·합성 공정을 최적화해 액체 전해질의 이온 전도도에 상응하는 고이온 전도성 고체 전해질을 개발했다고 19일 밝혔다.

최근 전기자동차 등에서 리튬이온전지의 수요가 폭발적으로 증가하고 있지만, 리틈이온전지는 가연성의 액체 전해질을 사용해 화재·폭발 사고가 종종 발생하고 있다.

이 때문에 비가연성의 고체 전해질을 이용하는 리튬전고체전지가 화재·폭발 위험성이 없는 차세대 이차전지로 주목받고 있지만, 고체 전해질은 액체 전해질 대비 리튬의 이온 전도도가 낮아 성능이 떨어지는 게 단점이다.

연구팀은 황화물계 고체 전해질 중 하나인 아지로다이트(Argyrodite) 소재의 내부에 안티모니(Sb)와 게르마늄(Ge)를 도입하고 추가 리튬(Li)을 삽입해 고이온전도성 고체 전해질을 개발했다.

연구팀은 "개발된 고체 전해질은 액체 전해질과 비슷한 이온 전도도를 보였다"며 "기존에 개발된 아지로다이트 황화물계 고체 전해질의 최고 수준을 넘어선다"고 설명했다.

연구팀은 또 기존의 황화물계 고체 전해질은 대기에 노출되면 수분과 반응해 유독한 황화수소 가스를 발생하는 문제가 있었지만, 이번 개발에선 황화수소 가스 발생을 70% 이상 저감했다고 소개했다.

연구팀은 "이번 연구는 고성능 신규 소재를 개발한 원천 연구"라며 "실용화 단계를 위해서는 추가적인 연구가 필요하며, 이를 통해 전고체전지의 실용화가 앞당겨질 것으로 기대된다"고 밝혔다.

한편 이번 연구는 에너지소재 분야 국제학술지인 '미국화학회 에너지 레터스'(ACS Energy Letters) 최신호에 게재됐다.