[디지털투데이 고성현 기자] 한국전자기술연구원(KETI)이 전고체전지 핵심 소재인 황화물 고체전해질의 대기 안정성을 향상하는 기술을 개발했다. 또 이 내용이 국제 저명 학술지 최신호에 게재됐다고 7일 밝혔다.

황화물 고체전해질은 연성이 크고 이온전도도가 높아 고용량 대형 배터리 제조에 적합하다고 평가받는 물질이다. 이에 따라 전기차 등에 적합해 글로벌 기업을 중심으로 기술 상용화를 위한 연구개발(R&D) 경쟁이 치열하게 이어지고 있다.

황화물 고체전해질은 대기 중 수분에 취약해 유해가스인 황화수소가 발생한다는 단점이 있다. 황화수소가 발생하면 배터리 성능이 저하될 수 있어, 제조 공정에서는 수분이 극도로 제어된 드라이룸 등 고비용 시설이어야 한다는 문제가 있었다.

조우석 KETI 차세대전지연구센터 박사팀은 호주 울런공대 및 경희대와의 공동 연구로 황화물 고체전해질 내 특수 나노입자를 소량 첨가해, 대기 노출 시에도 유해가스 발생량을 줄이는 데 성공했다.

연구진은 금속 유기 골격체(MOFs) 일종인 ZIF-8 입자가 수분 및 황화수소 가스를 동시에 흡착하는 특성을 활용했다. 이를 통해 대기 노출시 발생되는 황화수소 가스 발생량을 90% 줄였고, 이온전도도 하락도 25% 수준으로 억제했다.

아울려 연구진은 ZIF-8 첨가제 기반 단위면적 당 전극 활물질 양 40mg/cm² 건식 전극을 일반 대기 환경에서 제조했고, 전극 용량 7.3mAh/cm²(리튬 이온배터리 2배 수준)의 전지를 상온 100회 충방전 테스트를 진행했다. 그 결과 98.4% 수명 유지율을 확보하는 성과를 확보했다.

조우석 박사는 "기술 적용을 통해 운용 비용이 저렴한 일반 드라이룸 혹은 유사 환경에서의 전극 제조가 가능해졌기 때문에, 향후 공정 가격 저감에 기여하여 전고체전지 상용화를 앞당길 것으로 기대된다"고 말했다.

이번 연구 결과는 나노과학 분야 국제 학술지인 ACS 나노(Nano)(IF=18.027) 최신호에 '수분 흡수재로 강화된 전고체전지용 건식 전극'이란 제목으로 게재되기도 했다.

유지상 KETI 차세대전지연구센터 센터장은 “KETI는 전고체전지 소재 및 전극 요소 기술뿐만 아니라 전지 제조 기술까지 차세대전지 분야 폭넓은 연구를 진행하고 있다”며 “전고체전지 분야 국내 핵심 연구기관으로서, 차세대전지 상용화 연구에 최선을 다하겠다”고 말했다.