[충청뉴스 이성현 기자] 극히 짧은 밀리초 단위의 광처리를 통해 전고체 배터리 핵심 소재인 고니켈 양극의 안정성을 대폭 개선하는 기술이 등장했다.
한국연구재단은 한양대 김영범 교수 연구진이 강한 광원을 활용한 초고속 열처리 방식으로 전고체 배터리용 고니켈 양극 소재의 성능 저하 문제를 개선하는 기술을 개발했다고 1일 밝혔다.
전고체전지는 액체 전해질 대신 고체전해질을 적용해 화재 위험을 줄이면서 에너지 밀도를 높일 수 있는 차세대 배터리로 주목받고 있다.
특히 니켈 비율이 높은 니켈 리치 양극재는 높은 용량을 확보할 수 있으나 충·방전 과정에서 구조 붕괴와 고체전해질과의 반응으로 성능이 빠르게 떨어지는 한계가 있었다.
연구진은 수 밀리초 동안 강한 빛을 조사하는 광소결(FLS) 공정을 적용해 해당 문제를 해결했다.
광소결은 제논 램프에서 발생하는 강한 백색광을 매우 짧은 시간 조사해 소재를 치밀하게 만드는 차세대 소결 기술이다.
이 공정은 제논 램프의 강한 빛으로 소재 표면만 순간 가열해 별도의 코팅이나 전구체 없이 양극 표면을 직접 처리할 수 있는 방식이다.
실험 결과 공정 과정에서 표면은 약 900도 이상까지 순간적으로 상승했지만 내부는 약 63도를 유지해 구조 손상 없이 표면만 선택적으로 변화하는 것으로 나타났다.
또 양극 표면에 형성된 자가 보호층은 황화물 고체전해질과의 반응을 막는 동시에 충·방전 시 구조 붕괴를 억제하는 역할을 수행했다.
성능 평가에서도 FLS 공정을 적용한 양극 소재는 전고체전지에서 뚜렷한 성능 개선을 보였다.
기존 소재는 100회 충·방전 이후 용량 유지율이 55% 수준에 그쳤으나 FLS 처리 소재는 약 81%를 유지했으며 고전압 환경에서는 기존 대비 약 두 배 수준의 안정적인 용량 유지 성능을 보였다.
김영범 교수는 “이번 연구는 전고체전지의 핵심 난제인 양극-전해질 계면 안정성과 구조 붕괴 문제를 동시에 해결한 기술”이라며 “초고속 빛 공정을 통해 고성능 배터리 소재를 효율적으로 제조할 수 있는 새로운 제조 플랫폼을 제시했다는 점에서 의미가 크다”고 말했다.
