전남대 박찬진 교수팀, 화재안전성 높인 전고체 배터리 기술 개발

전남대 박찬진 교수팀이 계면 저항 및 고온구동 문제를 해결한 전고체 배터리 기술을 개발했다./ 그래픽 제공=전남대학교

전남대학교 박찬진 교수(신소재공학부)연구팀이 화재 안전성 및 실용성을 크게 개선한 전고체 배터리 개발에 성공했다.

15일 전남대 박찬진 교수팀에 따르면 기존 전고체 배터리의 문제점들을 해결해 실용화 가능성을 높인 전기차용 전고체 배터리 기술을 개발했다.


최근 전기차용 배터리의 화재 안전성에 대한 관심이 커지면서 기존의 리튬이온배터리에 사용되는 액체전해질에 비해 안정한 고체전해질을 사용하는 전고체 배터리가 주목을 받고 있다.

전 세계적으로 세라믹(황화물, 산화물) 및 고분자를 비롯한 다양한 소재를 고체전해질로 사용키 위한 연구들이 활발하게 이뤄졌다.

기존의 세라믹 고체전해질 소재의 경우 상온에서 액체전해질에 준하는 이온전도도를 확보하는 데는 성공했지만, 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 유리하나, 상온에서 이온전도도가 낮아 정상적인 구동을 위해서 여전히 60℃ 이상의 고온이 필요하다는 문제가 있었다. 연구팀은 기존 고체전해질이 가지고 있던 60℃ 이상의 높은 구동 온도와 전극과의 계면 저항 등의 문제를 해결했다.

연속적인 3차원 세라믹 고체전해질 구조체와 고분자 고체전해질을 결합함으로써 이온전도도를 최적화시킨 독창적인 구조의 복합 고체전해질을 개발했다.

특히 3차원 세라믹 구조체와 전극이 결합된 상태에서 액상 모노머를 다공성 전극 내부로 직접 흘려주고 현장중합 (in-situ polymerization) 시킴으로써 전극과 고체전해질과의 계면저항 문제를 해결했다.

제조된 전고체 배터리는 외부로부터 별도의 가압이 필요 없으며, 상온에서 안정적으로 구동한다. 이로써 보다 경제적이며 실용화에 근접한 전고체 배터리를 제안했다는데 큰 의미가 있다. 개발 기술은 전기차를 비롯해 ESS, 휴대용 전자기기, 웨어러블 기기 등에 활용될 전망이다.

연구 결과는 기초과학과 공학 분야 최상위 학술지인 '어드밴스드 사이언스'(Advanced Science, 피인용 지수=17.521)에 게재됐다. 이번 연구는 과기부(한국연구재단 선도연구센터 및 중견연구사업)의 지원을 받아 수행됐다.

박찬진 교수는 "개발된 기술은 전고체 배터리의 높은 계면 저항 및 고온구동 문제를 해결함으로써 전고체 배터리의 실용화에 기여할 것이다"고 말했다.