- 기존 대비 에너지밀도 1.5배↑…흑연 활물질로 구성

[디지털데일리 김도현기자] 국내 연구진이 전고체전지 상용화를 앞당긴다. 전고체전지는 차세대 배터리로 꼽힌다.

15일 한국전자통신연구원(ETRI)은 대구경북과학기술원(DGIST)과 공동으로 활물질 간 원활한 리튬이온 확산 특성을 규명했다고 밝혔다. 이를 통해 새로운 형태의 전고체 이차전지용 전극 구조를 설계했다.

전고체전지는 배터리 전극에서 이온을 전달하는 전해질로 고체를 활용하는 제품이다. 고체 전해질은 액체 대비 화재 위험성이 낮다. 하나의 셀 내 여러 전극을 직렬로 연결한 바이폴라형 2차전지를 구현하해 에너지 밀도도 향상시킬 수 있다.

통상 전고체전지의 전극 구조는 이온 전도를 담당하는 고체전해질, 전자 전도를 담당하는 도전재, 에너지 저장을 담당하는 활물질, 그리고 이들을 물리적, 화학적으로 잡아주는 바인더로 구성된다.

하지만 연구진은 흑연 활물질 입자 간에도 이온이 전달되는 것을 확인, 활물질과 바인더로만 구성된 새로운 형태의 전고체전지용 전극 구조를 제안했다. 전극 내 고체 전해질 없이도 전고체 이차전지의 성능이 여전히 구현될 수 있다는 것이다.

ETRI가 제안한 구조는 공동연구진인 DGIST에서 슈퍼컴퓨터 기반 모델링으로 가상 전기화학실험을 진행해 이론적으로 실현 가능함을 확인했다. ETRI는 최종적으로 구현에 성공하면서 국제 학술지에 논문을 제출했다.

해당 기술을 적용하면 고체 전해질이 필요 없어 같은 부피에 더 많은 활물질을 전극에 집어넣을 수 있다. 에너지밀도를 일반적인 흑연 복합 전극 대비 약 1.5배 높일 수 있다. 용매 및 바인더의 선택도 자유로워 전고체전지 성능 향상을 위한 다양한 연구를 시도할 수 있다.

ETRI 지능형센서연구실 이영기 박사는“기존 전고체전지에서 사용되는 구조에서 벗어나 활물질만으로 이온을 확산할 수 있는 것을 최초로 발견했다. 이번 기술로 에너지밀도를 더욱 높일 2차전지를 개발 및 핵심 원천 기술을 확보해 상용화를 이루겠다”고 강조했다.

<김도현 기자>dobest@ddaily.co.kr