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ETRI, 고체 전해질 없는 이차전지 양극 개발

입자 간 확산 특성 규명, 에너지밀도 1.3배 높여

(대전=뉴스1) 심영석 기자 | 2021-07-13 13:37 송고
ETRI 연구진이 ETRI, DGIST가 공동개발한 전고체 이차전지 양극 소재를 관찰하고 있다.(사진제공:ETRI)© 뉴스1

국내 연구진이 지난해 새로운 전고체(All-Solid-State) 이차전지용 음극 구조를 개발한 데 이어 양극 구조까지 개발하는 데 성공했다.

이 기술은 안전하면서도 성능이 높은 전고체 이차전지를 구현하는 데 큰 도움이 될 전망이다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 고체 전해질 없이 활물질로 이황화티타늄(TiS2)만을 사용해 양극을 구성하는 새로운 전극 구조를 개발했다고 13일 밝혔다.

전고체 이차전지의 양극은 △전자 전도를 담당하는 도전재 △이온 전도를 담당하는 고체 전해질 △에너지 저장을 담당하는 활물질 △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 ETRI는 고체 전해질 없이 이황화티타늄(TiS2)에 압력을 줘서 입자 간 빈틈이 없게 만든 활물질과 바인더로만 양극을 구성하는 전지 구조를 만들었다.

연구진은 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.

고체 전해질을 사용하지 않은 만큼 활물질 함량을 늘릴 수 있어 같은 용량에 고체 전해질을 사용했을 때보다 에너지밀도를 1.3배 이상 높일 수 있는 점도 확인했다.

또, 용매와 바인더 선택이 자유롭고 기존 리튬이온전지의 극판 제조공정을 그대로 활용할 수 있어 전고체 이차전지 성능 및 가격경쟁력 향상에 크게 기여할 것으로 예상된다.

ETRI 이영기 지능형센서연구실 책임연구원은 “이 기술을 근간으로 에너지밀도를 더욱 향상할 핵심 원천 기술을 확보하고 상용화에 기여할 것”이라고 밝혔다.

이번 연구성과는 세계적인 학술지인 ‘에너지 스토리지 머티리얼즈’ 6월호 온라인판에 게재됐다.


km5030@news1.kr

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