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불 안 붙는 전기차 배터리 나온다

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2018년 09월 18일 16:51 프린트하기

한국전기연구원 '전고체전지' 전극 개발

 

하윤철 책임연구원이 도포된 슬러리(왼쪽)와 슬러리 용액(오른쪽)을 들고 포즈를 취하고 있다. -사진제공 한국전기연구원

하윤철 책임연구원이 도포된 슬러리(왼쪽)와 슬러리 용액(오른쪽)을 들고 포즈를 취하고 있다. -사진제공 한국전기연구원

폭발 위험이 없는 차세대 전지인 ‘전고체전지’의 핵심 부품인 ‘전극’을 국내 연구팀이 자체 개발하는 데 성공했다.


전고체전지는 현재 스마트폰 등 휴대용 전자기기와 전기차에 이용되는 전지인 ‘리튬이온전지’의 단점을 보완한 전지다. 리튬이온전지는 에너지를 많이 저장할 수 있고 충방전 효율이 높은 게 장점이지만, 충전을 너무 하거나 전지 내부에 단락(전지 내부 두 지점이 접촉돼 전류가 흐르는 현상)이 일어나면 전지 내부 소재가 불에 타는 단점이 있었다. 실제로 지난 3월과 5월 테슬라의 전기자동차에 불이 붙는 사고가 났을 때, 유력한 원인으로 전지의 발화가 꼽히기도 했다. 


전고체전지는 리튬이온전지의 이런 단점을 해결했다. 리튬이온전지에 불이 붙기 쉬운 이유로 꼽히는 가연성 액체 전해질(양극과 음극 사이 이온 이동을 가능하게 하는 물질. 액체일 경우 분리막이 손상되면 양극과 음극이 직접 접촉해 단락을 일으킬 수 있다)을 빼고, 대신 고체를 쓰는 방식으로 문제를 근본적으로 해결했다.

리튬이온전지의 구조. 가운데 아래 ′전해질′이 액체냐 고체냐에 따라 일반 리튬이온전지와 전고체전지가 갈린다. - 사진 제공 한국전기연구원
리튬이온전지의 구조. 가운데 아래 '전해질'이 액체냐 고체냐에 따라 일반 리튬이온전지와 전고체전지가 갈린다. - 사진 제공 한국전기연구원

하윤철 한국전기연구원 책임연구원팀은 고체 전해질 원료 가운데 리튬이온의 전도도가 액체 전해질 못지 않게 매우 높은 ‘황화물 계열’ 전해질에 주목했다. 이 물질로 큰 고체 전해질을 만들려면 ‘전극’이라는 부품이 필요하다. 액체 리튬이온전지에서는 활물질(전지에서 실제로 전기를 주고 받는 물질)과 도전재(활물질의 전도성을 높이는 물질), 바인더(활물질을 알루미늄 등 기판에 붙여주는 접착물질)를 미세한 고체 입자로 만든 뒤 마치 미숫가루처럼 액체에 풀어 일종의 기판인 집전체 위에 얇게 코팅해 만든다. 하지만 고체에서는 이 방법을 쓸 수 없었다.


연구팀은 리튬-인-황화물에 리튬-요오드화합물을 첨가하는 새로운 고체 전해질 전극 제작 방법을 개발했다. 원재료를 미숫가루처럼 만들어 바른 뒤, 마치 도자기를 굽듯 구우면 성분의 구조(결정)이 변하며 리튬의 전도도가 높아지고 전극이 완성된다. 이 때 '굽는' 온도가 약 160도로 기존 황화물계 고체전해질에 필요한 250~450도보다 크게 낮아 리튬 음극을 손상시키지 않고도 전극과 전지를 만들 수 있다.


하 책임연구원은 “전고체전지의 난제를 해결하고 상용화의 발판을 마련했다”며 “현재 성능과 안정성을 높이려는 연구를 하며 동시에 규모를 키우기 위한 후속 연구를 하고 있다. 조만간 기술이전 업체를 발굴해 사업화를 추진할 것”이라고 밝혔다.
 

연구 결과는 ‘미국화학회지 응용재료및인터페이스’ 8월 27일자에 발표됐으며, 현재 국내외 특허 출원을 마친 상태다. 

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