순천향대학교 전지공학연구팀이 차세대 미래배터리로 주목받고 있는 '전고체전지'의 공정과정을 간략화해 상용화에 시동을 걸었다.

안욱 순천향대학교 에너지시스템학과 교수와 연구팀은 전기차에 사용되던 기존 액체 전해질을 대체하면서도 전지 성능을 높이고, 현재 사용되는 양극 소재와의 적합성도 높아 화재로부터 안전한 고분자 세라믹 복합전해질을 개발했다고 14일 밝혔다.

안 교수는 본지와의 인터뷰에서 "해당 기술은 전지 공정 과정이 보다 간단해지기 때문에 전고체전지 상용화를 앞당길 수 있다는 이점이 있다"며 "기존 액체 전해질의 경우 폭발·화재 위험이 있어 안정성을 위해 안전 소개를 추가하는 과정이 있어지만 전고체전지는 내열성과 내구성이 뛰어나 해당 부분을 축소시킬 수 있다"고 밝혔다.

전고체전지를 통해 얻을 수 있는 기대효과는 전지 성능과 안정성이다. 먼저 전지의 밀집도를 높여 전지 용량을 상승시키다보니 전지 성능이 뛰어나다. 특히 이 부분은 전기차업계에서도 주목될 것으로 예상된다. 전지의 용량이 증가됨은 물론이고 가격을 하락시키는 요소로 작용하기 때문에 성능과 경제성을 모두 잡을 수 있다.

안 교수는 "전지 제조 공정 과정에서 기존에 있는 리튬이온 배터리 같은 경우에는 부품 소재가 많이 들어간다"며 "고체 전해질로 바꿀 경우 하나의 부품을 대체할 수 있기 때문에 이 부분에서도 경제적 효과를 누릴 수 있다"고 말했다.

또한, 연구팀은 기존 액체 전해질이 열화 메커니즘에 의해 전지의 용량을 향상하는 음극 리튬금속을 사용할 수 없던 문제점에 주목했다. 이를 해결하기 위해 상온에서 작동이 가능한 고분자 세라믹 복합전해질을 제시해 리튬금속을 음극으로 사용해도 전지의 안정성과 효율성이 확보된다는 점을 증명했다.

전기차가 주목되면서부터 배터리 산업이 각광받자 많은 연구자들이 이차전지의 폭발·화재 문제 해결을 위해 세라믹 소재를 이용한 전고체전지의 상용화에 열을 올리고 있지만, 상온에서의 작동이 힘들다는 난제를 안고 있었다. 안 교수 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 차세대 미래 배터리인 전고체전지 기술개발에 나선 것이다.

이번 연구 결과는 '고성능 전고체전지용 Nb/Al 공동 도핑 Li7La3Zr2O12 복합 고체 전해질 개발'이라는 제목으로 재료과학 분야 세계적 권위의 국제 학술지 'Advanced Functional Materials(IF: 19.924, CHEMISTRY, MULTIDISCIPLINARY 분야 상위 5%, 2021 JCR 기준) 9월호에 게재됐다.

안 교수는 "비교적 값이 저렴하고 제조 공정이 유리한 산화물계 세라믹 소재를 성공적으로 합성하고, 고분자와 복합화를 이뤄 제조 용이성이 우수한 전고체 제조기술을 개발해 안전성이 높은 전고체전지의 상용화에 한발 앞서 나갈 수 있게 됐다"고 전했다.

한편, 순천향대 에너지시스템학과는 전지 공학 전공 수업에서 학생들에게 차세대 배터리를 강의·연구하고 있다. 실험 실습 과목에서는 직접 전지를 만들 수 있는 시스템이 구축돼 있어 학생들이 산업체에 가서도 바로 적용할 수 있는 기술 습득의 경험을 지원하고 있다.