화학뉴스

KAIST(한국과학기술원)가 세계 최고 성능의 전고체전지를 개발했다.
KAIST 생명화학공학과 김범준 교수 연구팀과 미국 조지아공대 이승우 교수팀은 탄성력·복원력이 우수한 합성수지인 엘라스토머 형태의 고분자 전해질을 개발하고 전고체전지에 적용했다.
전고체 리튬메탈전지(All Solid State Li-metal battery)는 2차전지의 리튬메탈 음극과 양극 사이에 있는 전해질을 화재 위험성이 높은 액체 대신 고체로 바꾼 것으로 화재·안전사고를 막을 수 있는 미래기술 전지로 주목받고 있다.
전고체 리튬메탈전지는 LiB(리튬이온전지)보다 에너지밀도가 높아 대용량 충전이 가능하고 자동차 주행거리를 늘리면서 안전 문제도 해결할 수 있어 꿈의 배터리 기술로 불리고 있다.
연구팀은 고무처럼 신축성이 탁월한 엘라스토머 내부에 리튬 이온전도도가 매우 높은 플래스틱 결정 물질을 3차원적으로 연결해 엘라스토머 고분자 고체전해질을 개발했다.
고분자 고체전해질로 구현한 고체 리튬메탈 전지는 에너지밀도가 세계 최고 수준인 kg당 410Wh에 달했고 PEO(Polyethylene Oxide)를 기반으로 한 전지의 에너지밀도 280Wh를 크게 상회했다.
KAIST가 연구한 기술을 도입하면 한번 충전으로 500km 주행하는 전기자동차(EV)의 주행거리가 800km까지 늘어날 것으로 기대된다.
리튬금속 음극과 니켈 리치 양극(NCM-Ni83)으로 구성된 4.5V 이상 고전압 전고체전지에서도 화재 등 이상 없이 안정적으로 구동됐다.
김범준 교수는 “엘라스토머 고체전해질의 원천 기술을 확보했고 고체전해질이 가진 문제점을 획기적으로 개선했다”며 “제조 공정이 매우 간단해 전고체전지 전해질의 게임체인저가 될 것”이라고 강조했다.
연구 결과는 1월13일 네이처(Nature)에 보도됐다. (김나정 연구원)