"폭발위험↓ 주행거리↑"… 국내 연구진, 차세대 전고체전지 개발

 
 
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/사진=한국생산기술연구원
한국생산기술연구원이 폭발 및 화재 위험을 없애면서도 배터리팩 부피를 획기적으로 줄일 수 있는 바이폴라 구조 전고체전지 제조기술을 개발했다.

전고체전지는 전지 내부 양극과 음극 사이에 있는 전해질을 액체에서 고체로 바꾼 차세대 이차전지다. 현재 상용화한 이차전지는 가연성 액체전해질을 사용하는 리튬이온전지인데 과열되거나 과충전될 경우 팽창 후 폭발위험이 있다.

17일 김호성 생기원 박사 연구팀에 따르면 차세대 전고체전지는 내열성과 내구성이 뛰어난 산화물계 고체전해질 소재를 사용하기 때문에 폭발 및 화재 위험이 없고 안전하다. 특히 다수 단위셀이 하나의 셀스택 안에서 직렬로 연결된 바이폴라 구조로 설계·제작돼 고전압 구현에 유리하다.

연구팀은 이를 활용해 전기차 배터리팩을 간소화할 경우 부피를 약 3분의 1로 줄이면서 주행거리는 2배 이상 향상시킬 것으로 전망했다.

전고체전지는 고체전해질 종류에 따라 산화물, 황화물, 고분자 계열로 분류된다. 연구팀은 산화물계 중에서 가장 효과적이라 평가받는 가넷 리튬·란타늄·지르코늄·산소(LLZO) 소재를 사용한 고강도 복합고체전해질 시트 제조기술에 초점을 맞췄다.

LLZO 소재는 전위창 및 안전성이 뛰어나지만 제조공정 비용이 비싸고 이온전도도가 상대적으로 낮아 상용화에 어려움이 있었다. 이에 연구팀은 테일러반응기를 활용한 저가 연속생산 공정을 도입해 LLZO 분말 생산비용을 최소화하고 분말 입자를 나노화하는 데 성공했다.

나노급 LLZO 고체전해질 분말은 이종 원소(갈륨·알루미늄) 도핑에 의해 소결시간이 약 5배 이상 단축돼 비용이 크게 절감됐다. 이온전도도도 세계 최고 수준인 1.75 x 10-3 S/㎝로 3배 이상 개선됐다.

김호성 박사는 “최근 잇따른 신재생에너지 ESS 폭발 및 화재로 배터리의 안전성이 중요해지는 상황에서 국내 기술력으로 기존 전지를 대체할 수 있는 차세대 전고체전지 제조기술 확보에 성공했다”며 “LLZO 소재 제조기술은 이미 국내 기업에 이전 완료됐고 올해부터 셀스택 사업화에 착수해 조기 상용화에 주력할 계획”이라고 말했다.

한편 이번 연구는 국가과학기술연구회가 지원하는 창의형 융합연구사업으로 추진됐다. 생기원이 주관기관으로 한국에너지기술연구원(정규남 박사), 한국과학기술연구원(정경윤 박사), 한국전자통신연구원(이영기 박사)과 공동 수행하고 있다.
 

채성오 cso86@mt.co.kr  |  facebook

머니S 채성오 기자입니다

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