[디지털투데이 석대건 기자] 한국전자기술연구원(KETI)이 은 도핑 리튬 아지로다이트 고체전해질을 개발해 무음극 전고체전지 기술 구현에 성공했다고 7일 밝혔다.

한국전자기술연구원은 중앙대 융합공학부 박해선 교수, 서울대 화학생물공학부 최장욱 교수 연구팀과 함께 황화물계 전고체전지용 고체전해질 원천소재를 개발했다고 전했다.

이 기술은 충전 시 전지 내부의 고체전해질 이중층에서 은 금속 성분이 자연스럽게 나와 리튬이 고르게 도금되도록 유도한다. 덴드라이트와 단락 문제를 막는 원리다.

무음극 전고체전지는 1000와트시(Wh/L) 이상의 높은 에너지 밀도가 가능한 차세대 기술로 평가받고 있다.

그동안 전해질층 내의 미세 구멍과 결함이 덴드라이트 성장과 단락을 유발해 무음극 전지 실현의 기술적 장벽이었다. 무음극 전고체전지의 충·방전 시 고체전해질의 낮은 리튬 친화성으로 인해 리튬이 불균일하게 형성되기 쉬웠다.

KETI 차세대전지연구센터는 은을 도핑한 리튬 아지로다이트 고체전해질을 개발했다. 전지 충전 시 은 이온이 전해질 내 기공에서 금속 나노입자 형태로 석출되도록 유도해 리튬 금속이 균일하게 자라날 수 있도록 돕는 기반 구조를 형성했다.

연구진은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 고체전해질 내부에서 은 이온이 이동해 금속 형태로 석출되는 과정을 시각적으로 분석해 기술 메커니즘을 규명했다. 이 고체전해질을 적용한 35마이크로미터급 이중층 구조하에 면적 용량 7.0mAh/cm²에서도 안정적인 수명 특성을 확보했다고 연구진은 전했다.

KETI 최승호 선임연구원과 조우석 수석연구원은 이 기술이 기존 고체전해질 합성 양산 공정에 직접 적용이 가능해 대량 생산이 쉽다고 설명했다. 별도 보호층이나 추가 공정 없이도 고성능의 무음극 전고체전지를 구현할 수 있어 상용화 가능성이 높다.

송준호 KETI 차세대전지연구센터장은 "이번 연구 결과는 무음극 전고체전지에 최적화된 고체전해질 원천소재 개발이라는 점에서 의의가 있으며, 고체전해질 내 금속 석출 현상을 통해 차세대 전지 구조 설계의 방향성을 제시했다"라며 "센터는 앞으로도 리튬 친화형 고체전해질 등 높은 에너지밀도를 갖는 전고체전지 핵심 기술 확보에 주력할 계획"이라고 말했다.

연구 결과는 네이처 커뮤니케이션스 2025년 7월호에 'Silver exsolution from Li-argyrodite electrolytes for initially anode-free all-solid-state batteries'라는 제목으로 게재됐다.