화학뉴스

국내 연구진이 전고체전지용 고체 전해질을 저가에 대량 생산할 수 있는 공정을 개발했다.
한국과학기술연구원(KIST) 강진구 나노포토닉스연구센터 선임연구원, 김동완 고려대 건축사회환경공학부 교수 공동연구팀은 1개의 용매만 활용하는 액상공정을 통해 고체 전해질을 효율적으로 제작할 수 있는 기술을 개발하는데 성공했다.
전고체전지는 액체 전해질을 쓰는 LiB(리튬이온전지)와 달리 고체 전해질을 사용해 에너지밀도가 높고 화재 위험이 없으며, 특히 리튬 아지로다이트 황화물계 배터리는 이온전도도, 리튬 호환성, 전기화학적 안정성이 모두 뛰어나 주목받고 있다.
하지만, 고체 상태 혼합물에서 전해질을 만드는 고상공정은 많은 에너지가 필요해 대량생산에 한계가 있으며 용매에서 혼합물을 반응시켜 대량 생산하는 액상공정이 개발되고 있으나 최소 2가지 용매를 활용해야 해 공정이 복잡하고 폐수를 분리해 처리하는 것이 어렵다는 문제가 있다.
연구팀은 1종의 용매만 써도 이중원소가 들어간 리튬 아지로다이트를 만들 수 있는 액상공정을 개발했다.
극성이 크고 수소결합이 없는 아세토나이트릴(Acetonitrile) 용매에 특정 순서대로 전구체를 투입해 반응시키는 방법을 만든 것으로 새로운 공정에서 생산한 고체 전해질은 기존 방식으로 만든 고체 전해질과 이온전도도, 리튬 호환성, 안정성에서 큰 차이가 없었다.
또 다른 액상공정과 달리 리튬 아지로다이트의 단점인 수분에 약한 점을 보완하기 위해 주석과 게르마늄 등 다른 원소를 넣는 것도 가능하며 실제로 주석을 넣은 고체전해질을 만든 결과 수분 안전성이 기존 고체 전해질보다 3-4배 향상됐다.
강진구 선임 연구원은 “단일 용매 액상공정은 큰 에너지 없이 저가로 고품질 고체전해질 제작을 가능하게 하므로 대규모 생산에 유리하다”며 “상업생산을 위한 최적화와 경제성 있는 폐용매 처리기술까지 뒷받침되면 상용 전기자동차(EV) 및 전자기기용 전고체전지 제작에 실제 활용될 수 있을 것”이라고 강조했다.
연구 결과는 국제학술지 Journal of Materials Chemistry A에 온라인으로 먼저 공개됐으며 7월21일 뒤표지 논문으로 실릴 예정이다. (강)