- 고분자 세라믹 복합전해질 개발을 통한 상온 작동이 가능한 고 안전성 전고체전지 기술 개발

- 세계적 권위의 국제 학술지 Advanced Functional Materials 9월호에 게재

▲ 순천향대 에너지시스템학과 안 욱 교수.     © 아산톱뉴스

순천향대학교(총장 김승우)는 에너지시스템학과 안 욱 교수의 고분자 세라믹 복합전해질 기술 개발을 통해 기존의 액체 전해질을 대체할 수 있는 차세대 미래 배터리 ‘전고체전지’의 상용화를 앞당길 수 있게 됐다고 13일 밝혔다.

전고체전지는 기존의 액체 전해질을 사용하는 리튬이온전지의 전해액과 분리막을 없애 에너지밀도가 높은 전지를 만들 수 있으며, 내열성과 내구성이 뛰어나고, 배터리의 폭발·화재 위험이 낮아 전기차의 안전성을 높일 수 있는 차세대 전지로 주목받고 있다.

많은 연구자가 이차전지의 폭발, 화재 문제 해결을 위해 세라믹 소재를 이용한 전고체전지의 상용화에 열을 올리고 있지만, 상온에서의 작동이 힘들다는 난제를 안고 있었다.

안 욱 교수 연구팀은 이러한 문제를 해결키 위해 기존의 액체 전해질을 대체하면서도 전지 성능을 월등히 높이고, 현재 사용되는 양극 소재와의 적합성도 높아 화재로부터 안전한 고분자 세라믹 복합전해질을 개발했다.

고분자 세라믹 복합전해질은 니오비움/알루미늄(Nb/Al) 이종금속이 도핑된 리튬·란타넘·지르코늄·산화물(Li7La3Zr2O12) 세라믹 소재를 합성한 고분자 고체전해질로, 안전성이 높고 상온 작동이 가능한 기술이다.

▲ 고분자 세라믹 복합전해질 필름 제조과정과 전고체전지 작동원리 모식도.     © 아산톱뉴스

또한 연구팀은 기존 액체 전해질이 열화 메커니즘에 의해 전지의 용량을 향상하는 음극 리튬금속을 사용할 수 없던 문제점에 주목했다. 이를 해결키 위해 상온에서 작동이 가능한 고분자 세라믹 복합전해질을 제시해 리튬금속을 음극으로 사용해도 전지의 안정성과 효율성이 확보된다는 점을 증명했다.

이와 같은 연구 결과는 ‘고성능 전고체전지용 Nb/Al 공동 도핑 Li7La3Zr2O12 복합 고체 전해질 개발(Nb/Al co-doped Li7La3Zr2O12 Composite Solid Electrolyte for High Performance All-Solid-State Batteries)’이라는 제목으로 재료과학 분야 세계적 권위의 국제 학술지 ‘Advanced Functional Materials(IF: 19.924, CHEMISTRY, MULTIDISCIPLINARY 분야 상위 5%, 2021 JCR 기준) 9월호에 게재됐다.

교신저자인 안 욱 교수는 “비교적 값이 저렴하고 제조 공정이 유리한 산화물계 세라믹 소재를 성공적으로 합성하고, 고분자와 복합화를 이뤄 제조 용이성이 우수한 전고체 제조기술을 개발해 안전성이 높은 전고체전지의 상용화에 한발 앞서 나갈 수 있게 됐다”고 말했다.