ETRI, 전고체 이차전지 양극 구조 개발

국내 연구진이 지난해 새로운 전고체 이차전지용 음극 구조를 개발한 데 이어 양극 구조까지 개발하는 데 성공했다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 고체 전해질 없이 활물질로 이황화티타늄만을 사용해 양극을 구성하는 새로운 적극 구조를 개발했다고 13일 밝혔다.

전고체 이차전지는 배터리에서 이온을 전달하는 전해질로 고체를 적용한 차세대 전지다. 고체 전해질은 가연성이 있는 액체 전해질보다 화재로부터 안전하다.

전고체 이차전지의 양극은 주로 전자 전도를 담당하는 도전재, 이온 전도를 담당하는 고체 전해질, 에너지 저장을 담당하는 활물질, 그리고 이들을 물리적, 화학적으로 잡아주는 바인더로 구성된다.

전극 안에서 리튬이온이 원활하게 이동하도록 만들기 위해서는 고체 전해질이 꼭 필요했다. 하지만 고체 전해질 구성비가 늘어나면 상대적으로 활물질이 적게 들어가 에너지 밀도를 늘리는 데 한계가 있었다.

이에 연구진은 고체 전해질 없이 이황화티타늄(TiS2)에 압력을 줘 입자 간 빈틈이 없게 만든 활물질과 바인더로만 양극을 구성하는 전지 구조를 제안했다.

연구진은 대구경북과학기술원(DGIST) 공동연구팀의 도움을 받아 리튬이온이 직접 이황화티타늄 입자들을 통해 원활하게 확산하는 것을 확인했다. 고체 전해질이 없는 양극 구조로도 전고체 이차전지 성능을 구현할 수 있음을 보인 셈이다.

또 고체 전해질을 사용했을 때보다 에너지밀도를 1.3배 이상 높일 수 있었고, 기존 리튬이온전지의 극판 제조공정을 그대로 활용할 수 있어 전고체 이차전지 성능 및 가격경쟁력 향상에 크게 이바지할 수 있었다.

이영기 지능형센서연구실 책임연구원은“음극과 양극 모두에서 활물질만으로 이온을 확산할 수 있다는 것을 최초로 확인했다”며 “에너지밀도를 더욱 향상할 핵심 원천 기술을 확보하고 상용화에 이바지하겠다”라고 말했다.

ETRI는 음극과 양극 각각의 에너지 밀도를 대폭 높일 가능성을 확인한 본 성과를 기반으로 전고체 전지 관련 후속 연구를 진행할 예정으로, 전지 구조를 종합하면서 출력 특성을 개선할 수 있는 연구도 병행할 계획이다.