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‘전고체전지’ 핵심 고체 전해질 저비용 대량생산 길 열었다

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‘전고체전지’ 핵심 고체 전해질 저비용 대량생산 길 열었다

2020.09.08 14:38
전기硏
박준우 차세대전지연구센터 선임연구원, 김민주 연구원, 이상민 차세대전지연구센터장(왼쪽부터)이 고체전해질 용액을 들어보이고 있다. 전기연구원 제공.
박준우 차세대전지연구센터 선임연구원, 김민주 연구원, 이상민 차세대전지연구센터장(왼쪽부터)이 고체전해질 용액을 들어보이고 있다. 전기연구원 제공.

국내 연구진이 차세대 2차전지로 꼽히는 ‘전고체전지’용 고체 전해질 생산 비용을 90% 이상 절감할 수 있는 대량생산 기술을 개발했다. 

 

한국전기연구원은 박준우 차세대전지연구센터 선임연구원 연구팀이 전고체전지의 핵심 구성요소인 ‘고체 전해질’을 기존 생산 비용의 10분의 1 수준으로 제조할 수 있는 ‘특수 습식합성법’과 전고체전지 대량생산이 가능한 ‘고체전해질 최적 함침 기술’을 개발했다고 8일 밝혔다. 

 

전고체전지는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 전해질을 액체에서 고체로 대체한 전지다. 화재 위험이 없고 온도 변화나 외부 충격을 막기 위한 안전장치 및 분리막이 필요없는 게 특징이다. 고용량화, 소형화, 형태 다변화 등 사용 목적에 따라 다양한 활용이 가능하다. 

 

고체 전해질을 제조하는 방법에는 ‘건식합성법’과 ‘습식합성법’이 있다. 화학반응을 이용하는 습식합성법은 복잡한 공정 없이 고체 전해질을 대량으로 생산할 수 있지만 전해질의 핵심 기능인 이온 전도도가 상대적으로 낮은 게 단점이다. 

 

연구팀은 저렴한 원료로 성능이 뛰어난 고체 전해질을 대량생산할 수 있는 ‘특수 습식합성법’을 개발했다. 저가의 저순도 원료에 최적의 합성 첨가제를 투입해 이온 전도도가 높은 고체 전해질 제조 방법을 개발했다. 기존 고순도 원료 대비 가격이 10분의 1 수준에 불과한 것도 장점이다. 

 

연구팀은 또 전고체전지용 양극을 대면적으로 생산해 생산 비용을 절감할 수 있는 고체전해질 최적 함침 기술도 개발했다. 함침은 화학물질을 다른 물질에 침투 또는 스며들게 하는 과정이다. 고체 전해질을 용매에 녹여 양극에 스며들게 하는 방법이 있었지만 녹인 용액의 점도가 높아 충분한 양의 고체 전해질 용액이 함침되는 데 어려움이 있었다.

 

연구팀은 최적화된 함침 공정 설계를 통해 고체 전해질을 양극에 균일하게 분산하는 기술을 개발하는 데 성공했다. 이를 통해 높은 에너지밀도를 가진 전고체전지용 양극 제조 기술을 개발했다. 연구팀이 이번에 개발한 기술은 액체 전해질 기반 리튬이온전지 양극을 제조하는 기존 생산라인을 거의 그대로 활용할 수 있다. 연구결과는 국제학술지 ‘사이언티픽 리포트’에 게재됐다. 

 

연구 책임자인 이상민 차세대전지연구센터장은 “전고체 전지 실현 시기를 앞당길 수 있게 됐다”고 말했다. 박준우 선임연구원은 “이번 연구는 기존 생산라인을 활용해 쉽고 간단하게 전고체전지를 대량생산할 수 있는 최적의 공정기술”이라고 밝혔다. 

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