국내 연구진이 차세대 전지인 전고체전지용 고체전해질을 단순 공정으로 대량 생산하는 기술을 개발했다.

한국전기연구원(KERI)은 차세대전지연구센터 박준우 박사와 성정환 연구원(UST KERI 캠퍼스 학생 연구원)이 고체전해질(황화물계) 입도 제어 및 습식 합성 공정 기술을 개발했다고 18일 밝혔다.

전고체전지는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 전해질을 액체가 아닌 화재나 폭발 위험이 낮은 고체로 대체한 것이다.

허나 고체전해질은 전고체전지(특히 양극)에 활용되려면 입자 크기가 머리카락 굵기의 100분의 1에 해당하는 수 마이크로미터 수준으로 매우 작아야 한다.

KERI는 “이번 성과는 단순한 공정만으로 미세하고 이온 전도도까지 높은 고체전해질을 대량으로 생산하는 기술을 개발한 것”이라고 밝혔다.

그간 국내외 많은 연구진이 다양한 방법으로 제조했던 고체전해질은 입자가 커서 기계적인 분쇄 등 별도의 공정이 필요했고, 이 과정에서 시간적·물리적 비용이 드는 것은 물론 분쇄로 인한 고체전해질의 성능 저하가 상용화를 막는 걸림돌로 지적돼 왔다.

KERI 박준우 박사팀은 미세한 원재료(황화리튬 등)를 도입하고 각각의 물질이 화학 반응으로 발생시키는 ‘핵 생성(Nucleation)’ 속도를 제어해 최종 생성물의 입도를 크게 줄이는 방법을 활용했다. 

복잡한 과정 없이 간단한 습식 합성 공정만으로 미세한 고체전해질을 제조할 수 있게 한 것이다. 연구진에 따르면, 이같은 화학적 조성 제어로 결과물의 이온 전도도는 기존 고체전해질 공정(건식 합성 및 분쇄)보다 약 2배 이상 높았다.

박준우 박사는 “원재료의 적절한 선택과 화학 반응의 확실한 제어로 탄생한 연구원만의 단순 공정으로 고체전해질을 미세화하기 위해 진행됐던 복잡하고 비싼 공정을 건너뛸 수 있게 됐다”며 “간단해진 공정에도 고체전해질의 품질은 훨씬 뛰어나 양산화·상용화를 위한 기업 접근성과 효율성 모두 확보했다”고 전했다.

KERI는 관련 기술이 전고체전지 업계의 많은 관심을 받을 것으로 보고 수요 기업을 발굴해 기술이전을 추진할 계획이다. 

또 기존에 개발·보유한 특수 습식합성법과 이번 성과를 연계해 고품질의 고체전해질을 저렴하고 대량으로 제조하는 전문 기술 시장을 선도한다는 목표다.

이번 연구는 KERI 기본사업과 산업부의 ‘나노융합혁신제품기술개발 지원 사업’으로 수행됐으며 연구결과는 에너지 분야 국제 저명 학술지인 ‘에너지 스토리지 머티리얼스(Energy Storage Materials)’의 3월호 논문으로 게재됐다.