인더스트리뉴스 꿈에 더 가까워진 ‘전고체 배터리’, 더 안전하게 사용하는 방법 찾았다
전기차 시장의 성장이 주춤한 가운데, 배터리의 안전성에 대한 우려가 주요 원인 중 하나로 꼽힌다. 이를 극복하기 위해 업계에서는 '꿈의 배터리'로 불리는 '전고체 배터리'에 주목하고 있다. 전고체 배터리는 현재 가장 많이 사용되는 리튬이온전지의 유기 액체 전해질 대신 비연소성의 무기 고체 전해질을 사용하여 화재와 폭발의 위험성을 줄일 수 있다.
특히 무기 고체 전해질 중 황화물 고체 전해질은 차세대 전고체 배터리 개발 분야에서 유망한 소재로 연구되고 있다. 하지만 황화물 고체 전해질과 전극 사이에 생성되는 폭발성 분해 생성물로 인해 열 안정성 문제가 지속적으로 제기되어 왔다.
이러한 상황에서 UNIST 에너지화학공학과 정성균 교수팀은 전고체 배터리를 더욱 안정적으로 활용할 수 있는 방법을 발견했다. 연구팀은 할라이드계 고체 전해질인 LIC(Li3InCl6)와 충전된 NCM622 양극을 혼합한 복합체를 만들어 열 안정성을 평가했다. 그 결과, 황화물이나 산화물 기반의 고체 전해질을 사용할 때보다 할라이드계 고체 전해질을 사용한 복합체에서 분해가 시작되는 온도가 높아져 안정성이 증가하는 것을 확인했다. 또한, 폭발의 주요 원인인 산소 방출도 크게 억제되었다.
연구팀은 실험을 통해 양극에서 발생한 산소가 가스로 변하지 않고 LIC와 흡열반응을 통해 소멸되는 현상도 발견했다. 이러한 결과는 다른 종류의 할라이드 고체 전해질이나 다른 양극재를 사용할 때도 동일하게 나타났다.
이상표 연구원은 이번 발견이 고체 배터리의 열 안정성을 개선하기 위한 새로운 접근 방법을 제시하며, 안전한 배터리 시스템 설계에 중요한 기준을 제공할 것으로 기대된다고 전했다. 정성균 교수는 연구 결과가 전고체 배터리의 열안정성에 있어 고체 전해질과 전극 간의 상호작용이 중요한 역할을 한다는 점을 강조하며, 안전한 배터리 시스템을 위한 고체 전해질의 설계와 개발에 기여할 수 있을 것이라고 설명했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단 신진 연구사업, 산업통상자원부 및 방위 사업청 민군협력진흥원의 민군기술협력사업, 한국기계연구원 기본사업의 지원으로 수행되었으며, 에너지 분야 권위적인 국제 학술지 'ACS Energy Letters'에 지난 3월 4일 온라인으로 게재되었다.
전고체 배터리는 전기차 시장의 성장을 이끌 핵심 기술로 주목받고 있다. 이번 연구 결과는 전고체 배터리의 안전성 향상과 상용화에 한 걸음 더 다가갈 수 있는 발판을 마련했다는 점에서 의의가 크다. 앞으로 전고체 배터리 기술의 발전과 함께 전기차 시장의 지속적인 성장이 기대된다.
2024년04월02일 : 꿈에 더 가까워진 ‘전고체 배터리’, 더 안전하게 사용하는 방법 찾았다