[충청뉴스 이성현 기자] 국내 연구진이 고온 열처리를 없애면서 탄성과 생산성은 높은 전곷체 전지용 고체전해질을 개발했다.
한국과학기술연구원(KIST)은 에너지소재연구센터 김형철 박사 연구팀이 슈퍼 이온전도성과 높은 탄성변형성을 가진 고체전해질을 상온·상압 원팟(one-pot) 공정으로 합성하는 데 성공했다고 밝혔다.
연구팀은 상온·상압 조건에서 고탄성·고이온 전도성 고체전해질 소재를 합성하기 위해 황화물 아지로다이트(argyrodite) 소재의 결정학적 특징에 주목했다.
연구팀은 결정질과 유리질 각각의 장점을 취하고 열역학적으로 불안정한 할로겐 완전 치환형 구조를 확보하기 위해 새로운 전략, 즉 아지로다이트의 결정화 온도를 낮추는 조성 제어법과 낮아진 결정화 온도에 적합한 2단 기계화학적 밀링(milling) 신공정을 개발했다.
이를 통해 고온 열처리 공정 없이 약 13.23 mS/cm의 슈퍼 이온전도도를 가지는 할로겐 완전 치환형(약 90.67% 치환률) 아지로다이트 합성에 성공했다.
합성된 소재는 보고된 슈퍼 이온전도성 고체전해질 가운데 가장 낮은 약 12.51GPa의 탄성계수를 동시에 가지기 때문에 전고체 전지 계면성능 향상에도 유리하다.
또 상온·상압 원팟 신공정은 전체 15시간 이내에 공정이 완료되어 슈퍼 이온전도성을 확보한 고체전해질 가운데 생산성이 가장 높다. 이는 슈퍼 이온전도성 고체전해질을 합성하는 기존 공정 대비 약 2배~6배가량 향상된 소재 생산성으로 독보적 성과이다.
김형철 박사는 “개발된 신소재는 고온 열처리 공정을 없애 소재 생산성이 극대화 됐고 전고전지 전극 계면 문제 해결에 적합한 고탄성·고이온전도성을 동시에 보유하고 있어 전기자동차와 에너지 저장시스템(ESS)에 적합한 전고체 전지 상업화의 기폭제가 될 것”이라고 설명했다.
