KIST, 폭발 않는 전고체 배터리 '저성능 문제' 해결 실마리 찾아 - 조선비즈

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입력 2020.11.29 12:00

고체로 전해질 만들어 폭발 위험 없지만 전극 경계면서 전기 잘 안 통해 성능 저하
박상백 KIST 박사팀, 원자 수준 구조 분석으로 최적의 소재 발굴 전략 제시

연구팀이 분석한 고체 전극-전해질 경계면 구조들. 이중 ‘111’로 분류된 구조가 성능이 가장 높은 것으로 나타났다./KIST 제공

국내 연구진이 폭발 위험 없는 ‘전고체 배터리’의 고질적인 저성능 문제를 해결할 실마리를 찾았다.

한국과학기술연구원(KIST)은 박상백 에너지소재연구단 박사 연구팀이 신현정 성균관대 교수와 함께 고체 전해질 양극 사이의 계면 저항이 증가하는 문제를 해결할 소재 설계 전략을 찾았다고 29일 밝혔다.

배터리에는 전자와 이온이 양 전극을 오가기 위한 전해질이 들어있다. 현재 가장 널리 쓰이는 리튬이온 배터리는 성능이 높지만 액체 전해질의 폭발 위험성 때문에 전기차 등 활용에 한계를 보이고 있다. 전고체 배터리는 전해질을 고체로 바꿔 폭발 위험성을 없앴지만 리튬이온 배터리에 비해 용량, 내구성 등 성능이 낮아 제대로 활용되지 못하고 있다.

연구팀은 전극과 전해질의 경계면에 주목했다. 전극과 전해질은 서로 다른 물질이기 때문에 전자가 경계면을 넘을 때 큰 저항을 받게 된다. 저항이 높으면 전기가 잘 흐르지 못해 배터리로서의 성능이 떨어진다.

연구팀은 전해질과 맞닿는 전극 부분의 구조를 원자 수준에서 분석해 전자가 이동 방해 없이 쉽게 지나다닐 수 있는 최적의 결정구조를 찾았다. 전고체 배터리의 전극과 전해질용 소재를 고를 때 이 결정구조를 갖는 소재를 선택하면 성능 문제를 해결할 수 있다는 것이다.

박 박사는 "소재 자체의 개선으로 높은 성능과 안정성을 확보할 수 있다는 의미"라며 "실제 소재 개발에도 박차를 가할 계획"이라고 말했다.

연구성과는 국제학술지 ‘나노 에너지(Nano energy)’ 최신호에 게재됐다.

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