KIST·LLNL 공동연구팀, 전고체 배터리 핵심 소재 전해질 개발

최근 국내·외 공동 연구를 통해 차세대 이차전지로 불리는 전고체 전지의 핵심 소재 ‘염화물계 고체 전해질’이 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST)은 미국 로렌스 리버모어 국립연구소(LLNL)와의 공동연구팀이 슈퍼컴퓨터를 통해 높은 전압에서도 안정성을 보이는 불소 치환 염화물계 고체 전해질을 개발했다고 25일 밝혔다.

현재 전기 자동차 등 대량의 전지가 필요한 산업에 주로 쓰이는 리튬이온전지는 성능은 좋으나, 외부 충격이나 스파크 등에 의한 폭발 위험 때문에 불에 타지 않는 고체 전해질로의 대체가 필요한 상황이다.

그러나 기존에 연구되던 황화물계 고체 전해질 역시 높은 에너지 출력이 필요한 경우 고전압 상황에서 불안정한 모습을 보이는 한계점이 지적받아 왔다.

이에 KIST 연구팀은 염화물계 고체 전해질(Li3MCI6)이 고전압에서도 잘 견딜 수 있도록 염소 중 하나를 불소로 치환한 새로운 고체 전해질의 조성을 설계했다.

해당 설계는 공동연구팀인 LLNL이 보유한 슈퍼컴퓨터를 통해 먼저 시뮬레이션한 뒤, KIST의 실제 실험을 거쳐 검증되었다.

KIST와 LLNL이 공동개발한 고전압 안정형 고체 전해질 [KIST 제공]

KIST는 연구팀이 설계한 고체 전해질을 전고체 전지에 적용한 결과 상용 리튬이온전지와 비슷한 고전압에서도 안정적인 모습을 보였다고 전했다.

기존 염화물계 고체 전해질의 안정을 위해서는 최대 출력이 4V(볼트) 수준에 머물렀으나, 6V 이상까지 견딜 수 있게 되면서 약 50%의 안정성 향상이 이루어졌다.

한편 KIST와 LLNL은 지난 2019년부터 이차전지 공동 연구를 진행해온 바 있다.

양 기관은 이번 연구 결과를 바탕으로 전고체 전지 개발에 필요한 소재 합성 공정과 전극 및 전지 제조 공정 최적화 연구를 수행할 전망이다.

KIST 관계자는 "화재 위험성이 없는 고에너지 밀도 차세대 리튬 전고체 전지의 상용화가 앞당겨질 것으로 기대한다"라고 말했다.