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고체전해질 소재 전고체전지 뜬다… 값싸고 성능 업그레이드

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전기연, 황화실리콘 제조 공정기술 개발
2배 높은 이온전도도, 수분안정성 가져
고체전해질 소재 전고체전지 뜬다… 값싸고 성능 업그레이드
전기연과 금오공대가 개발한 전고체전지 고체전해질용 '황화실리콘' 모습

전기연 제공

차세대 이차전지로 각광받는 '전고체 전지'를 값싸게 제조하면서 성능을 높일 수 있는 기술이 개발됐다.

한국전기연구원은 하윤철 박사팀과 박철민 금오공대 교수팀이 공동으로 황화실리콘 제조를 위한 최적의 공정 기술을 개발하고, 이를 전고체전지용 고체전해질에 적용하는 데 성공했다고 20일 밝혔다.

전고체 전지는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 전해질을 액체가 아닌 고체로 대체해 화재나 폭발 위험성이 낮다. 그동안 제조공정과 양산화 등을 기술적 난제가 있고, 높은 단가로 인해 상용화에 어려움을 겪었다.

연구팀은 전고체 전지용 고체 전해질에 황화실리콘을 첨가하면 이온 전도도와 수분 안정성이 향상되는 데 주목했다. 하지만 황과 실리콘 합성 과정에서 높은 반응 온도가 필요하고, 이로 인한 황의 증기압이 너무 높아져 황화실리콘 제조가 쉽지 않았다. 또한 황화실리콘은 가격이 20g당 170만원에 달할 정도로 비싸다.

연구팀은 황과 실리콘을 최적화해 합성 조건을 확립하고, 800도 높은 반응 온도에서 황의 기화에 따른 증기압을 버틸 수 있는 완벽한 밀폐 환경을 구현해 황화실리콘을 제조했다. 이 황화실리콘을 고체 전해질에 적용한 결과 2배 이상 높은 이온 전도도와 수분 안정성을 갖는 것을 확인했다.

하윤철 전기연 박사는 "그동안 황의 증기압 상승을 해결하기 위해 고가의 원료를 사용하거나 특수 공정을 도입하는 등의 어려움이 있었는데, 이번 성과로 고체전해질용 황화실리콘을 저렴하게 제조할 수 있게 됐다"며 "앞으로 황화실리콘 제조 공정의 스케일 업과 상용화를 추진할 계획"이라고 말했다.

이 연구결과는 에너지·연료분야 국제 학술지 '저널 오브 머터리얼즈 케미스트리 A' 표지논문으로 게재됐다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr





고체전해질 소재 전고체전지 뜬다… 값싸고 성능 업그레이드
한국전기연구원은 전고체전지의 고체전해질용 황화실리콘을 저가에 제조할 수 있는 기술을 개발했다.

전기연 제공






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