KETI, 전고체전지 성능 향상 기술 개발…차세대 배터리 상용화 선도

에너지 화학 분야 세계적인 학술지 ‘Advanced Energy Materials’ 게재

한국전자기술연구원(KETI·원장 신희동)은 LG에너지솔루션과 공동으로 황화물계 전고체전지 양극재와 전해질 사이 계면 저항을 획기적으로 개선할 수 있는 새로운 기술을 개발하고 관련 내용을 에너지화학 분야 국제 저명 학술지 ‘Advanced Energy Materials’에 게재했다고 12일 밝혔다.

황화물계 전고체전지는 차세대전지의 후보군 가운데 연성이 크고 이온 전도도가 높아 상용화에 가장 가까운 기술로 평가받지만 양극재와 전해질 사이에서 계면 저항이 높다는 문제점이 있다.

경기 성남시에 있는 한국전자기술연구원(KETI) 본원

KETI 측은 “계면 저항 현상은 산화물인 양극 활물질과 황화물인 고체 전해질 사이 화학적 에너지 차이로 인해 계면에 공간 전하층(Space Charge Layer)이 발생하기 때문”이라며 “계면 저항은 배터리 용량과 출력 특성을 낮추고 배터리 에너지밀도를 높이거나 급속 충전 시 걸림돌로 작용하게 된다”고 설명했다.

KETI 차세대전지연구센터 조우석 박사 연구팀은 건국대 김기재 교수 연구팀(미래에너지공학과)과의 공동연구를 통해 상유전성을 가지는 유전체 물질을 양극 표면에 특수 코팅함으로써 양극재와 전해질 사이 계면에서 리튬 이온 농도를 조절하고, 리튬 이온이 원활하게 이동할 수 있는 경로를 확보해 계면 저항을 67% 낮췄다.

기존 황화물계 전고체전지는 계면 저항을 낮추기 위해 리튬을 포함하는 특정 산화물(LiNbO3)을 양극 표면에 코팅하는 방식을 사용했지만 관련 기술을 일본에서 선점하고 있어 새로운 코팅 물질 개발 필요성이 제기돼 왔다.

기술 개발을 주도한 조우석 박사(책임연구원)에 따르면 연구팀은 특정 유전체 물질이 공간 전하층의 생성을 완화해 계면 저항을 억제하는 것을 확인했고 이를 발전시켜 기존 리튬이온전지와 동등한 수준의 용량을 구현하고 배터리 출력 특성을 개선하는데 성공했다.

연구 결과는 에너지화학 분야 세계적인 학술지 ‘Advanced Energy Materials(IF=29.368)’ 최신호에 게재되고 핫이슈 및 백커버 논문으로 선정됐다.

KETI는 지난 7월 이 기술 특허 출원을 완료했다.

한편, 이 기술은 산업통상자원부와 한국산업기술평가관리원(KEIT) 지원과 LG에너지솔루션과의 연구 협력으로 개발됐다.

유지상 KETI 차세대전지연구센터장은 “KETI 연구팀은 전고체전지 소재와 전극 요소 기술에서부터 전지 제조 기술까지 폭넓은 분야의 연구를 진행하고 있다”며 “해외 기술을 넘어서는 주요 원천기술을 확보해 전고체전지 상용화에 주력하겠다”고 밝혔다.

국제 저명 학술지 Advanced Energy Materials 백커버 표지