일본 Toray Research Center(TRC)가 황화물 고체 전해질의 성능에 온도가 미치는 영향을 밝혀냈다.
TRC는 라만 분광법과 X선 회절법(XRD) 등으로 황화물계 전고체전지용 고체 전해질인 리튬인황염화물(LPSCl)의 열화를 해석하는 기술을 개발했다. 아지로다이트(Argyrodite) 결정구조를 보유한 LPSCl은 유력한 전고체전지용 전해질 후보로 기대되고 있다.
다만, 높은 이온전도도와 열 안정성 등이 특징이나 대기 중의 수분과 접촉하면 황화수소 가스가 발생하고 이온전도도가 낮아지는 약점이 있어 TRC가 수분에 노출된 LPSCl의 열화 메커니즘 규명에 착수했다. 
TRC는 LPSCl 분말 200밀리그램을 이슬점을 섭씨 마이너스 50도와 마이너스 30도로 제어한 합성공기에 24시간 동안 노출시키는 실험을 실시해 이온전도도를 측정한 다음 라만 분광법과 XRD, 가열발생가스 질량분석법(TPD-MS) 등의 분석기술을 접목시켜 변화 요인을 해석했다.
임피던스 측정 결과 마이너스 50도 이슬점에서 계면저항이 발생해 이온전도도가 크게 떨어졌다. TRC는 계면저항이 전해질 표면에 형성된 변성층에 기인하는 것으로 추측했으며, XRD로 결정구조를 해석한 결과 이슬점 상승에 따른 수산화리튬 및 염화리튬이 생성됨을 밝혀냈다.
또 TPD-MS를 통해 수분 증발 온도와 양을 분석해 시료에 대량의 물이 혼입됐음을 확인했다.
TRC는 수분이 110도 정도에서 정점에 달한 것을 근거로 표면에 흡착된 수분 뿐만 아니라 구조 내부에도 수분이 침입한 것으로 분석하고 열처리를 통해 수분을 제거하면 이온전도도가 일정 수준 회복한다는 사실을 함께 확인했다.
TRC는 새로운 열화 해석 기술이 황화물계 전고체전지 뿐만 아니라 마찬가지로 온도가 성능에 영향을 미치는 것으로 알려진 차세대 리튬금속 음극 배터리의 분석·해석에도 적용 가능할 것으로 판단하고 있다.
TRC는 LPSCl 분석·해석은 물론 리튬금속 음극 배터리를 개발하는 수요기업 등 광범위하게 새로운 분석기술을 제안할 계획이다. (윤)