‘전고체 전지’, 화재와 폭발을 방지할 수 있는 강점 있어
경제성, 공정 편의성, 플렉서블 소자 적용 가능성도 장점
연구팀 ‘고안정성 전고체 고분자 전지기술’ 개발
[이코노미21 김창섭 본부장] 국내 연구진이 상용화가 가능한 전기차용 고안전성 배터리시장의 전고체 전지용 고분자 고체 전해질 및 전극 핵심기술을 개발했다.
전세계 친환경 전기차 판매 대수가 지난해 기준 1690만대를 넘어설 것으로 예상되는 가운데 이 기술이 상용화되면 경제적 파급효과가 클 것으로 전망된다.
한국화학연구원 강영구·석정돈·김동욱 박사 연구팀은 ∆기존 고체 전해질의 한계를 뛰어넘는 높은 이온 전도도와 유연성을 지닌 고분자 고체 전해질 ∆계면 안정성과 전기화학 안정성이 우수한 복합전극 기술을 적용한 ‘전고체 고분자 전지’ 개발에 성공했다.
기존 ‘리튬이온 전지’의 전해질은 액체 상태로 온도변화나 외부 충격에 약해 화재 위험이 있는 반면 ‘전고체 전지’는 전해질을 포함한 모든 구성요소가 고체로 구성돼 화재와 폭발을 방지할 수 있는 강점이 있다.
특히 고체 전해질 중 ‘고분자 고체 전해질’은 발화 및 폭발로부터의 안전성 외에도 경제성, 공정의 편의성, 플렉서블 소자에 적용 가능성 등 장점으로 전고체 전지의 핵심 전해질로 손꼽히고 있다.
그러나 기존 ‘고분자 고체 전해질’은 상온에서 리튬이온 전도도가 낮고 전극과의 안정한 계면 형성이 어려워 이차전지의 성능이 하락하는 문제가 전고체 상용화에 걸림돌이었다.
이에 화학연 연구팀은 고분자 고체 전해질의 분자를 구조 제어해 ∆리튬 이온 전도도를 향상시킨 고분자 고체 전해질과 ∆복합전극 설계를 통한 계면 안정화 기술을 확보해 ‘고안정성 전고체 고분자 전지기술’을 개발했다.
연구단은 일종의 그물망 형태(가교구조)로 이온 전도성 고분자 가소제가 서로 연결되도록 설계해 리튬이온의 전도성 및 유연성이 우수하며 대량 합성이 가능한 고체 고분자 전해질을 개발한 것이다. 또 전고체 전지의 성능을 저하시키는 요인 중 하나인 전극과 전해질 계면에서의 이온전달 저항을 최소화하면서도 안정적인 전지 구현을 위해 이온전도성 바인더와 전극 활물질이 유기적으로 통합된 복합전극을 설계했다.
연구팀은 이차전지 핵심소재에 대한 우수한 연구역량과 원천 기술 및 특허를 보유하고 있으며 다양한 기관과의 협력을 바탕으로 기술 개발 노하우를 축적하고 있다. 특히 연구단이 보유하고 있는 고분자 고체 전해질의 설계, 합성, 제조 및 전극/전해질 계면 안정화 제어기술은 세계적으로도 손꼽히는 기술이다.
한편 한국화학연구원은 에너진(주)과 25일 전고체 고분자 전지 기술이전 계약 체결식을 개최했다.
에너진은 자체 보유한 역량과 화학연의 전고체 고분자 전지 기술을 접목해 전지 성능 향상 및 전지 제조 자동화 공정 개발을 통해 전고체 고분자 전지 상용화를 목표로 하고 있다. [이코노미21]
