한국전기연구원(KERI)은 차세대전지연구센터 하윤철 박사팀이 세계 최초로 개발한 '용매 치환 기반 고체전해질(황화물계) 입도 제어 기술' 관련 연구결과가 국제 저명 학술지 표지논문으로 게재됐다고 26일 밝혔다.
전고체전지는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 ‘전해질’을 액체가 아닌, 화재나 폭발 위험성이 낮은 고체로 대체한 것이다.
고체전해질이 전고체전지에 활용되려면 입자 크기가 머리카락 굵기의 100분의 1에 해당하는 1 마이크로미터 수준으로 매우 작아야 한다.
현재는 소량의 고체전해질 분말과 볼을 무극성 용매와 함께 용기에 넣고, 고속으로 장시간 회전시켜 입도를 작게 만드는 ‘습식 볼 밀링’ 방식이 활용되고 있으나 이 과정에서 이온 전도도 손실이 크게 나타나는 문제가 발생했다.
전기연구원 연구팀이 개발한 ‘용매 치환’ 방식은 이런 단점을 극복했다. 입도 조절이 필요한 고체전해질 분말(원료)을 알코올과 같은 극성 용매(polar solvent)에 섞어 용해시킨다.
다음으로 이 용액을 극성 용매의 끓는점보다 높은 온도로 가열된 무극성 용매에 주입한다. 온도 차이로 인해 극성 용매는 순간적으로 증발이 되고 고체전해질은 재결정화되어 입자 크기가 작아진다.
연구팀은 용매 치환으로 고체전해질 입자 크기를 8마이크로미터에서 0.8마이크로미터까지 작아지더라도 이온 전도도를 85% 수준으로 유지할 수 있다는 걸 검증했다.
이번 연구를 이끈 하윤철 책임연구원은 “용매 치환을 통한 입도 제어 기술은 고체전해질의 실질적 활용에 가장 필요한 초미세화와 높은 이온 전도성 보유 및 저가격화를 실현할 것”이라고 말했다.
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