2차전지 핵심

국내 연구진이 전고체 전지의 열화 요인을 규명하는 데 성공했다. 전고체 전지의 안전성과 수명을 향상시키는 데 도움이 될 전망이다.

한국과학기술연구원(KIST)은 정훈기 에너지저장연구센터 박사 연구팀이 전고체 전지 구동 시 급격한 용량 저하와 수명 단축을 유발하는 열화 요인을 규명해 국제 학술지 '어드밴스드 에너지 머터리얼즈'에 지난 10월 27일 게재, 표지논문으로 선정됐다고 12일 밝혔다.

'꿈의 배터리'라고도 불리는 전고체 전지는 액체 전해질을 사용하는 리튬이온전지 등과 달리 전해질, 양극, 음극 등 모든 구성 요소에 고체를 사용한다. 이를 통해 2차 전지 상용화의 큰 걸림돌이었던 폭발 위험성을 대폭 낮췄다.

다만 전고체 전지는 안정적인 구동을 위해 수십 메가파스칼(MPa)에 이르는 고압력이 필요하다. 이 압력을 유지하기 위해 사용되는 외부 장치는 전지의 에너지 밀도와 용량 등 성능을 낮추기 때문에 이를 극복하는 기술이 전고체 전지 상용화를 위한 핵심 관문으로 여겨졌다.

연구팀은 양극의 외부가 아닌 내부에서도 열화가 발생할 수 있음을 처음으로 확인했다. 이를 통해 저압 환경에서도 전고체 전지가 안정적으로 구동될 가능성이 있다고 설명했다.

우선 동전형 리튬이온전지와 비슷한 0.3MPa 수준의 저압 환경에서 황화물계 고체 전해질을 적용한 동전형 전고체 전지를 반복적으로 충·방전했다. 50회를 반복한 결과 NCM(니켈-코발트-망간) 양극층의 부피가 2배 팽창했다. 단면 이미지를 분석하자 양극 소재와 고체 전해질 사이에 심한 균열이 발생했음을 확인할 수 있었다.