전고체전지 성능 높일 기술 나왔다…상용화 빨라지나
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전고체전지 성능 높일 기술 나왔다…상용화 빨라지나
  • 윤우식 기자
  • 승인 2023.03.20 19:10
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전기硏·금오공대, ‘황화실리콘 최적 제조기술’ 개발
고체전해질 가격 경쟁력 및 품질 향상 기여 기대
전기연구원과 금오공대가 개발한 제조기술로 만들어진 황화실리콘.
전기연구원과 금오공대가 개발한 제조기술로 만들어진 황화실리콘.

국내 연구진이 전기차에 쓰일 차세대 배터리로 주목받고 있는 전고체전지를 값싸게 제조하면서도 성능은 높일 수 있는 기술을 선보였다.

한국전기연구원은 차세대전지연구센터 하윤철 박사팀이 금오공대 신소재공학부 박철민 교수팀과 함께 ‘고체전해질용(아지로다이트 계열) 황화실리콘(SiS2) 저가 제조기술’을 개발했다고 지난 20일 밝혔다.

전고체전지는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 전해질을 액체가 아닌 화재나 폭발 위험성이 낮은 고체로 대체한 이차전지다. 화재나 폭발 위험이 없고 충‧방전 속도가 우수하지만 제조공정 및 양산화의 어려움, 높은 단가 등으로 상용화가 더딘 상황이다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 황화실리콘에 주목했다. 전고체전지용 고체전해질에 황화실리콘을 첨가하면 이온 전도도 및 수분 안정성이 향상되기 때문이다. 문제는 황과 실리콘의 합성 과정에서 높은 반응 온도가 필요하고 이로 인해 황의 증기압이 너무 높아짐에 따라 황화실리콘 제조 공정 난이도가 크게 올라간다는 점이다. 이는 단가 상승의 원인이 되는데, 현재 황화실리콘은 가격이 20그램(g)당 약 170만원에 달할 정도로 비싸다.

연구팀은 황과 실리콘의 배치를 최적화해 합성 조건을 확립하고 800도의 높은 반응 온도에서도 황의 기화에 따른 증기압을 버틸 수 있는 완벽한 밀폐 환경을 구현하는 데 성공했다. 결과물도 상용 제품의 품질과 대등했다. 연구팀은 만들어진 황화실리콘을 고체전해질 제조에 활용, 2배 이상의 높은 이온 전도도 및 수분 안정성을 가지는 것을 확인했다. 공정 최적화로 과정은 단순화하고 제조비 감소도 기대할 수 있는 결과다. 이번 성과는 황화실리콘 제조를 위한 최적 공정 기술을 개발하고 이를 전고체전지용 고체전해질에 적용할 수 있는 발판을 마련했다는 점에서 큰 의미가 있다.

하윤철 박사는 “그동안 황의 증기압 상승을 해결하기 위해 국내외 많은 연구진이 고가의 원료를 사용하거나 특수 공정을 도입하는 등 어려움을 겪었는데, 이번 성과로 고체전해질용 황화실리콘을 저렴하고 쉽게 제조할 수 있는 길이 열리게 될 것”이라고 말했다.

이번 연구 결과는 우수성을 인정받아 최근 에너지·연료 분야 세계적 논문인 ‘저널 오브 머터리얼즈 케미스트리 에이(Journal of Materials Chemistry A, IF: 14.511)’ 표지논문으로 게재됐다.

전기연구원은 개발 기술에 대한 특허 출원을 준비하고 있으며, 관련 수요업체를 발굴해 황화실리콘 제조 공정의 스케일업(Scale-up) 및 상용화를 추진한다는 계획이다.

하윤철 전기연구원 박사(왼쪽)와 박철민 금오공대 교수.
하윤철 전기연구원 박사(왼쪽)와 박철민 금오공대 교수.

 


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