건국대 김기재 교수팀, 공간전하층 생성 제어기술 개발

에너지화학 분야 세계적인 학술지 ‘Advanced Energy Materials' 게재

건국대학교는 김기재 KU융합과학기술원 교수(미래에너지공학과) 연구팀과 조우석 전자기술 연구원 박사(차세대전지연구센터) 연구팀이 공간전하층(Space-Charge Layer) 생성을 획기적으로 제어할 수 있는 기술을 개발했다고 29일 밝혔다.

공간전하층 생성 제어 기술 연구자료

연구 결과는 에너지화학 분야의 세계적인 학술지 ‘Advanced Energy Materials (IF=29.368)’에 지난달 16일 온라인 게재됐다. 논문 제 1저자는 KU융합과학기술원 미래에너지공학과 박사과정 1년차 박보근 학생(김기재 교수 연구팀)이다.

공간전하층은 종류가 다른 두 물질의 계면에서 전자나 이온 이동으로 생성되는 얇은 절연층을 말한다. 황화물계 전고체전지에 사용되는 양극 소재는 산화물계이고, 고체전해질은 황화물계이기 때문에 두 물질이 접하는 계면에서는 공간전하층이 발생하게 되며 이는 높은 계면저항을 유발한다. 특히 전고체전지 성능과 수명특성 열화를 일으키는 원인 중 하나로 알려져 있다.

연구팀은 공간전하층 생성을 획기적으로 제어할 수 있는 기술을 개발함으로써 액체전해질을 사용하는 리튬이차전지 성능과 유사한 황화물계 전고체전지 개발에 성공했다고 설명했다.

건국대 김기재 미래에너지공학과 교수(왼쪽)와 논문 제1저자 박보근씨(박사과정)

연구팀은 유전체 물질마다 고유 특성이 다르기 때문에 공간전하층 생성을 완화하는 데 있어 유전체 물질 고유 특성이 영향을 미칠 것이라는 판단 아래 다양한 종류의 유전체 물질을 이용해 유전체 물질 유전 상수 크기가 공간전하층 생성 완화에 미치는 영향, 공간전하층 생성 완화에 미치는 영향을 완전히 규명했다.

연구팀은 해당 연구에서 발견한 내용을 토대로 공간전하층 생성을 최소화할 수 있는 최적화된 유전체 물질을 황화물계 전고체전지에 적용해 상용 리튬이온전지(LIB) 수준 성능과 동등 수준 황화물계 전고체전지 개발에 성공했다.