GIST-LG에너지솔루션-KETI, 화재없는 차세대 배터리 기술 개발

리튬 메탈에서도 안정적 반응…200회 충방전 후도 효율 100%근접

LG에너지솔루션과 GIST-KETI가 화재 위험이 거의 없어 꿈의 배터리로 불리는 '전고체 배터리' 신기술을 개발했다.

이 전고체 배터리는 양극과 음극 사이 액체 전해질을 고체로 대체하는 기술이다. 화재 및 폭발 위험도를 크게 낮출 수 있는 반면, 에너지 밀도는 극대화할 수 있다.

연구는 GIST 에너지융합대학원 김상륜 교수 연구팀과 LG에너지솔루션 연구팀, 한국전자기술연구원(KETI) 차세대전지연구센터가 공동으로 진행했다.

GIST 연구진. 왼쪽부터 이태경 석사과정생, 김상륜 교수.(사진=GIST)

이들은 기존 아지로다이트(은, 게르마늄, 황이 결합된 희귀광물) 구조의 황화물계 고체 전해질이 갖고 있던 한계(불안정한 반응 등)를 극복했다. 고전압, 고전류에서도 우수한 안정성으로 구동된다.

연구팀은 "NCM(니켈, 코발트, 망간)/Li(리튬)을 양극재와 음극재로 사용하는 전고체 배터리의 고체 전해질을 제공할 수 있을 것"으로 기대했다.

수소화-황화물계 고체전해질을 통해 이 기술을  NCM/Li 전고체 배터리에 적용한 결과, 고전류 밀도에서 200회 충, 방전 후에도 쿨롱 효율이 100%에 근접하는 가역적인 방전용량을 나타냈다.

쿨롱 효율(Coulomb efficiency)는 전기화학적 장치에서 전기에너지를 화학에너지로 변환하는 효율을 나타내는 값이다.

김상륜 교수는 “향후 수소화물을 활용한 전고체 배터리뿐만 아니라 리튬이온 배터리, 소듐이온 배터리, 포타슘이온 배터리 등 의 차세대 배터리 기술 개발에 적용할 수 있을 것"으로 기대했다.

전고체 배터리 연구 개념을 보여준다.

연구는 LG에너지솔루션이 지원하는 산학 공동연구 사업과 한국연구재단의 개인기초연구, 민군협력진흥원의 민군겸용기술개발사업의 지원을 받았다.

연구성과는 재료과학 분야 저명 국제학술지‘ACS 에너지 레터스’에 (현지시간 8월21일)온라인으로 실렸다.

수소화-황화물계 전고체 배터리의 전기화학적 성능. 200회 충방전에도 방전용량 변화가 거의 없다.