ETRI, DGIST와 새로운 전고체 이차전지 전극 구조 개발
ETRI, DGIST와 새로운 전고체 이차전지 전극 구조 개발
  • 문병도 기자
  • 승인 2020.10.15 14:13
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강석훈(왼쪽) 연구원과 김주영 연구원이 이온 확산 기반 전고체 전극의 구조를 전자현미경을 통해 확인하고 있다. (사진제공=ETRI)

[뉴스웍스=문병도 기자] 한국전자통신연구원(ETRI)과 대구경북과학기술원(DGIST) 공동연구팀이 활물질 간 원활한 리튬이온 확산 특성을 규명, 새로운 형태의 전고체 이차전지용 전극 구조를 설계했다.

전고체 이차전지는 배터리 전극에서 이온을 전달하는 전해질로 고체를 활용하는 차세대 전지다.

고체 전해질은 자칫 화재가 날 수 있는 액체 전해질보다 안전하다. 바이폴라형 이차전지를 구현하여 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

ETRI 연구진은 실험을 통해 흑연 활물질 입자 간에도 이온이 전달되는 것을 확인하며 활물질과 바인더로만 구성된 새로운 형태의 전고체 이차전지용 전극 구조를 제안했다.

ETRI가 제안한 구조는 공동연구진인 DGIST에서 슈퍼컴퓨터 기반 모델링으로 가상의 전기화학실험을 진행하며 이론적으로 실현 가능함을 확인했다.

ETRI 연구진은 이를 실험적으로 최종 구현해내는데 성공하며 본 기술을 ‘이온 확산 기반 전고체 전극’이라 명명하고 국제 학술지에 논문을 투고했다.

연구진의 기술을 적용하면 고체 전해질이 필요 없기에 같은 부피에 더 많은 활물질을 전극에 집어넣을 수 있다. 그 결과, 에너지밀도를 일반적인 흑연 복합 전극 대비 약 1.5배 높일 수 있다.

제조공정 측면에서도 차별화된 장점이 있다. 연구진이 만든 전극에는 고체 전해질이 없기에 용매 및 바인더의 선택이 자유로워 전고체 이차전지 성능 향상을 위한 다양한 연구를 시도할 수 있다.

이영기 ETRI 지능형센서연구실 박사는 “전고체 이차전지를 개발하는 기존 구조에서 벗어나 활물질만으로 이온을 확산할 수 있는 것을 최초로 밝혔다"라며 "에너지밀도를 더욱 높일 이차전지를 개발, 핵심 원천 기술을 확보하며 상용화를 이루는데 힘쓰겠다”고 말했다.

과학기술정보통신부 한국연구재단 기후변화대응기술개발사업 지원으로 수행된 이번 연구결과는 미국화학회(ACS) 에너지분야 국제 학술지 'ACS 에너지 레터스' 에 지난달 온라인 등재됐다.

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