국내 연구진이 전고체전지 상용화를 앞당길 수 있는 연구성과를 냈다.

한국전기연구원(KERI)은 차세대전지연구센터 박준우 박사와 성정환 연구원이 공정 과정과 비용을 획기적으로 줄이고 결과물 품질은 2배 이상 높인 ‘고체전해질 입도 제어 및 습식 합성 공정’ 기술을 개발했다고 18일 밝혔다.

전고체전지는 양(+)극과 음(-)극 사이에서 이온을 전달하는 전해질을 액체가 아닌 화재나 폭발 위험성이 낮은 고체로 대체한 것이다. 하지만 고체전해질은 전고체전지에 활용되려면 입자 크기가 머리카락 굵기의 100분의 1에 해당하는 수 마이크로미터 수준으로 매우 작아야 한다.

KERI의 성과는 단순한 공정만으로 미세하고 이온 전도도까지 높은 고체전해질을 대량으로 생산하는 기술을 개발한 것이다. 그동안 국내외 많은 연구진이 다양한 방법으로 제조했던 고체전해질은 입자가 커서 기계적인 분쇄 등 별도의 공정이 필요했다. 이 과정에서 시간적·물리적 비용 소모가 드는 것은 물론 분쇄로 인한 고체전해질의 성능 저하는 상용화를 막는 큰 걸림돌이었다.

연구팀은 미세한 원재료(황화리튬 등)를 도입하고 각각의 물질이 화학 반응으로 발생시키는 ‘핵 생성’ 속도를 제어해 최종 생성물 입도를 크게 줄이는 방법을 활용했다. 복잡한 과정 없이 간단한 습식 합성 공정만으로 미세한 고체전해질을 제조할 수 있게 된 것이다.

이렇게 만들어진 고체전해질 이온 전도도는 기존 고체전해질 공정(고에너지 볼밀링을 통한 ‘건식 합성’ 및 분쇄)보다 약 2배 이상(2mS/cm -> 4.98mS/cm) 높았다.

박준우 박사는 “‘단순 공정’으로 복잡하고 비싼 공정을 건너뛸 수 있게 됐다”라며 “매우 간단해진 공정에도 고체전해질의 품질은 훨씬 뛰어나 양산화·상용화를 위한 ‘기업 접근성’과 ‘효율성’을 모두 확보했다”고 설명했다.

고성수 기자 ssgo@naeil.com