단국대는 신소재공학과 최용석 교수 연구팀이 ‘전고체 배터리’의 이온전도도를 높일 수 있는 기술 개발에 성공했다고 26일 밝혔다.
이번 연구는 현재 가장 많이 이용되고 있는 액체 전해질을 사용하는 리튬이온 배터리의 최대 단점인 외부 충격이나 변형으로 분리막 손상에 따른 화재와 폭발의 위험을 극복하기 위해 고려대 이재철 교수, 한국과학기술연구원(KIST) 정경윤 박사와 공동으로 진행됐다.
이미 관련 업계에서는 액체 전해질의 위험을 대신할 차세대 배터리로 전고체 배터리에 대한 연구가 활발히 이뤄지고 있다.
전고체 배터리는 충방전에 필요한 전해질을 고체로 사용하며 분리막이 없어 화재·폭발의 위험성이 낮고 에너지 밀도가 높다는 장점이 있지만, 리튬 이온을 전달하는 이온전도 속도가 느려 상용화에 걸림돌이 되어왔다.
연구팀은 두 종류의 황화물계 고체 전해질인 황화물(황화 리튬, 오황화인, 게르마늄 이황화물)과 염화물(염화게르마늄, 염화은)의 분말을 고열에서 합성해 높은 이온전도도를 보이는 고체 전해질을 개발했다.
연구팀이 개발한 고체 전해질은 기존 재료 대비 50~80%까지 향상된 이온전도도(2.39, 12.4 mS/cm)를 보여 기존의 액체 전해질과 비슷한 이온전도도(~10 mS/cm)를 보였다.
연구팀은 머신러닝 기반의 원자 모델링 기법을 활용해 원자구조를 다차원적인 나노 구조 단위로 계산했다.
이를 통해 개발한 전해질의 이온전도도가 향상된 원인과 고체 전해질의 이온전도도를 높이는 효과적인 이종 원소 선정 방법도 제시했다.
최용석 교수는 “이번 연구는 전고체 배터리 개발에 걸림돌이 되어 왔던 이온전도도를 개선해 상용화를 앞당기는데 기여할 것으로 기대된다”며 “앞으로 고체 전해질의 안정성, 기계적 물성 등 다양한 특성들을 연구해 전고체 배터리에 최적화 시키는 연구를 수행해 나갈 것”이라고 말했다.
최 교수가 제1저자로 참여한 이번 연구는 에너지 및 연료 분야 국제 학술지인 ‘카본 에너지(Carbon Energy, IF : 19.5)’에 두 편이 게재됐다.
대전세종충청취재본부 김경동 기자 kyungdongk@asiae.co.kr
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