마이크로파 습식공정의 합성 개략도 및 메커니즘(고려대 제공)/뉴스1

국내 연구진이 ‘꿈의 배터리’로 불리는 전고체 전지의 상용화를 앞당길 수 있는 길을 열었다.

한국연구재단은 고려대 김동완 교수 연구팀이 기존 전고체 전지의 공정 문제를 해결할 수 있는 습식기반의 고체 전해질 합성공정 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.차세대 전고체 전지의 핵심소재인 황화물계 리튬이온 전도체는 다량의 에너지와 시간을 필요로 하는 합성공정으로 제조되는데 이로 인해 발생하는 생산성 감소, 순도 저하, 높은 전기전도도 등의 한계점을 해결하지 못해 상용화에 어려움을 겪었다.

이에 연구팀은 기존 합성공정의 고질적인 문제를 해결하기 위해 높은 리튬이온 전도도, 분리막 기능, 낮은 전기전도도 등의 조건을 충족하면서도 대량 합성이 가능한 재료를 탐색, 원료 물질과 마이크로파(파장의 범위가 1mm ~ 1m 사이인 전파)의 시너지(동반상승) 작용을 이용한 습식공정을 개발하는 데 성공했다.

마이크로파 합성공정을 활용하면 원료 물질과의 부반응 없이 간단한 건조 및 열처리 공정을 통해 고순도의 고체 전해질 생산이 가능하다. 연구팀은 이번 연구를 통해 마이크로파를 이용한 소량의 에너지만으로도 단시간에 고순도의 고체 전해질 합성이 가능하다는 것을 입증했을 뿐만 아니라 기존 습식공정의 문제점들을 한 번에 해결했다.

특히 마이크로파 합성공정은 가정용에서 소비되는 2.45 GHz의 전자기파의 형태로 전기에너지를 직접 반응물에 조사하는데 이 경우 에너지 변환 과정에서 발생하는 전력 손실량을 줄일 수 있어 비용 절감과 에너지 사용 효율화가 가능하다.

김동완 고려대 교수(한국연구재단 제공)/뉴스1

김동완 교수는“현재 연구개발 단계에 있는 전고체 전지용 고체 전해질의 상용화를 앞당기는 데 이바지할 수 있을 것으로 기대되고 있다”며 “이를 위해 산업화 규모에서도 구현될 수 있는 습식기반 황화물계 고체 전해질 공정기술에 관한 연구가 필요하다”고 말했다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구, 미래소재디스커버리사업 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 재료 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’에 지난 5월3일 게재됐다.


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