서울대 연구진, 차세대 전고체 전지 신소재 개발

국내 연구진이 전기자동차 배터리의 다음 단계라고 불리는 전고체 전지의 성능을 한 층 높인 신소재를 개발했다,

서울대 이차전지 혁신연구팀은 전고체 전지용 신규 염화물 고체 전해질을 개발했다고 3일 밝혔다.

전고체 전지란 배터리 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 전해질을 액체에서 전부 고체로 대체한 배터리다.

현재 사용하는 액체 전지는 전기 전달 효율은 높으나 화재의 위험성이 높고 외부 충격에 약하다는 단점이 있다.

이를 보완하고자 등장한 개념이 고체를 사용한 전고체 배터리로, 상용화만 된다면 전기차의 패러다임을 바꿀 ‘꿈의 배터리’로도 불린다.

특히 최근 글로벌 전기자동차 수요가 급증하면서 전기자동차의 안전성을 보완하기 위한 전고체 전지 연구가 활발히 진행되고 있다.

연구팀은 현재 전고체 전지 상용화를 위해서는 이온전도도와 화학적 안전성, 기계적 변형성이 높은 고체 전해질 소재의 개발이 필수적이라고 전했다.

서울대 연구진이 개발한 고체 전해질 내부 구조도 [서울대학교 제공]

그러나 현재까지 개발된 황화물 및 산화물계 고체 전해질은 일부 조건만을 만족시킬 뿐이었다.

또 다른 대안으로 염화물 고체 전해질이 떠오른 적도 있으나, 대부분 비싼 희토류 금속을 함유하고 있어 가격 경쟁력이 낮았다.

이에 연구팀은 삼방정계 구조를 가진 염화물 고체 전해질의 구조적 특징에 착안해 금속 이온 배치를 적절히 조정한 지르코늄계 염화물 고체 전해질을 개발했다.

해당 신규 소재는 안정성이 높고 전력 효율도 높아 상용화될 경우 전고체 배터리의 새로운 변화를 가져올 것으로 기대된다.

서울대 강기석 교수는 "이번 연구는 삼방정계 염화물 고체 전해질의 구조적 특성인 금속 이온의 조성 및 배치가 리튬 이온의 전도성에 미치는 영향을 세계 최초로 규명한 것"이라고 전했다.

이어 "앞으로 경제성과 안정성을 두루 갖춘 다양한 고체 전해질 개발을 촉진하고 전고체 전지의 상용화를 앞당길 것으로 기대한다"라고 밝혔다.