차세대 전지, ‘전고체 이차전지’ 성능 높일 새 전극 개발

ETRI, 고체 전해질 없이 흑연 활물질로 전극 구성
에너지밀도 흑연 전극보다 1.5배 높여 성능 향상
국내 연구진이 에너지밀도를 높여 성능을 대폭 향상시킬 수 있는 새로운 형태의 전고체 이차전지의 전극을 개발했다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 대구경북과학기술원(DGIST) 연구팀과 공동으로 고체 전해질 없이 흑연 활물질을 전극 내에 많이 넣어 에너지밀도를 향상시킬 수 있는 '이온 확산 기반 전고체 전극 구조' 설계 기술을 확보했다고 15일 밝혔다.

전고체 이차전지는 배터리 전극에서 이온을 전달하는 전해질로 고체를 활용한 차세대 이차전지다. 화재 우려가 있는 액체 전해질보다 안전하고, 에너지밀도를 향상시킬 수 있다.

일반적으로 사용되는 전고체 이차전지의 전극 구조는 이온의 전도를 담당하는 '고체전해질', 전자의 전도를 담당하는 '도전재', 에너지 저장을 담당하는 '활물질', 이들을 물리적·화학적으로 잡아주는 '바인더' 등으로 구성된다.

연구팀은 흑연 활물질 입자 간에 이온이 전달되는 것을 확인하고, 활물질과 바인더로만 구성된 새로운 형태의 전고체 이차전지용 전극 구조를 만들었다. 전극 내 고체 전해질을 쓰지 않고, 전극에 더 많은 활물질을 넣어 전지의 성능을 높이도록 구현한 것이다.

그 결과, 전극 내 활물질 함량을 98wt%(혼합물의 총질량 대비 물질의 질량 비율)에 달할 정도로 높일 수 있고, 에너지밀도는 기존 흑연 복합 전극보다 1.5배 향상시킬 수 있었다.

연구팀은 다양한 전극 소재와 양극 활물질을 대상으로 이온 전극 구성이 가능할 지에 대한 연구를 진행할 예정이다.

이영기 ETRI 박사는 "기존 전고체 이차전지에서 사용되는 구조에서 벗어나 활물질만으로 이온을 확산할 수 있는 전극 구조를 개발한 것으로, 에너지밀도를 더욱 높일 수 있는 이차전지 개발에 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr