황화물·염화물 분말을 고열에서 합성...이온전도도 50~80% 높여
[충청뉴스 박동혁 기자] 단국대학교가 차세대 꿈의 배터리로 불리는 ‘전고체 배터리’의 이온전도도를 높일 수 있는 기술을 개발했다.
26일 단국대에 따르면 최용석 교수(신소재공학과) 연구팀은 고려대 이재철 교수, 한국과학기술연구원(KIST) 정경윤 박사와 공동으로 이 기술을 개발했다.
일반적으로 이차전지는 전해질이 배터리 양극·음극으로 이온을 이동시켜 전력을 생산한다. 고체 전해질을 사용하는 전고체 배터리와 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 배터리로 구분된다.
리튬 이온 배터리는 에너지 밀도가 높고 수명이 길어 전기자동차, 스마트 기기 등에 널리 사용되고 있다. 하지만 외부 충격이나 변형으로 분리막이 손상되면 화재·폭발 위험이 있다.
전고체 배터리는 충·방전에 필요한 전해질을 고체로 사용하며 분리막이 없어 화재·폭발 위험성이 낮고, 에너지 밀도가 높다. 그러나 이온전도 속도가 느려 상용화가 어려웠다.
연구팀은 황화물계 고체 전해질인 황화물(황화 리튬, 오황화인, 게르마늄 이황화물)과 염화물(염화게르마늄, 염화은)의 분말을 고열에서 합성해 높은 이온전도도를 보이는 고체 전해질을 개발했다.
이 고체 전해질은 기존 재료보다 50~80% 향상된 이온전도도를 보여 기존 액체 전해질과 비슷한 이온전도도를 보였다.
연구팀은 또 머신러닝 기반 원자 모델링 기법으로 원자구조를 다차원적 나노 구조 단위로 계산했다. 이를 통해 이온전도도 향상 원인과 고체 전해질 이온전도도를 높이는 이종 원소 선정 방법도 제시했다.
최용석 교수는 “이번 연구는 전고체 배터리 개발에 걸림돌이던 이온전도도를 개선해 상용화를 앞당기는 데 이바지할 것”이라며 “고체 전해질 안정성, 기계적 물성 등 다양한 특성을 연구해 전고체 배터리를 최적화하는 연구를 수행하겠다”고 밝혔다.
