UNIST '차세대 2차전지' 안정성 높이는 소재 개발

황화물 기반 열화 부작용 줄여
수명 긴 전고체전지 제작 확인

UNIST(울산과학기술원)의 정성균 에너지화학공학과 교수(사진) 연구팀이 차세대 2차전지(배터리)로 주목받는 ‘전고체전지’ 양극의 계면 안정성을 높이는 유기물 코팅 소재를 개발했다고 12일 밝혔다.

연구팀은 황화물 기반 전고체전지의 화학적·기계적 열화를 완화하기 위한 연구를 했다. 황화물계 고체전해질은 높은 이온전도도와 기계적 변형성, 낮은 중량 밀도로 전고체전지 산업에서 유망한 소재로 주목받고 있다. 하지만 절연체의 성질이 나빠지는 열화 반응이 나타나거나 충·방전 과정의 부피 변화로 고체전해질 사이의 기계적 접촉 손실이 발생하는 등의 부작용이 있었다.

연구팀은 양극-고체전해질 계면을 인공적으로 보호하기 위해 유기 전해질 첨가제를 코팅 소재로 도입했다. 리튬이온 전지에서 액체 전해질의 유기물 첨가제로 쓰이던 이플루오로비스(옥살레이토)인산염을 사용했다. 이를 활용한 양극-고체전해질 계면층은 기존 산화물계와 비교해 상온에서도 코팅층을 형성할 수 있다는 장점이 있다고 연구팀은 설명했다.

연구 결과 유기물 기반의 양극-고체전해질 계면층은 고전압으로 충전될 때 발생하는 화학적 열화 속도를 늦추고, 낮은 구동 압력에서도 기계적 열화를 완화하는 데 도움을 준다는 사실을 확인했다.

또 양극-고체전해질 사이의 물리적 접촉은 전고체전지가 높은 용량을 구현하는 데 도움을 줘 수명이 긴 전고체전지 제작의 가능성을 보여줬다. 정 교수는 “이번 연구는 기존 전고체전지에서 고려되지 않았던 유기물 코팅 소재에 대한 탐색 가능성과 확장성을 제공했다”고 말했다. 연구 결과는 최근 국제 학술지 어드밴스트에너지머티리얼스에 게재됐다.

울산=하인식 기자 hais@hankyung.com