■ 화재 위험이 없는 전고체 전지, 핵심 제작 기술 개발

 

■ 화재 위험이 없는 전고체 전지, 핵심 제작 기술 개발

 

● 화재 위험 없는 차세대 전지 상용화 이끌 '황화 실리콘' 제작 기술 개발

 

★ 국내 연구팀이 전고체 전지 상용화 전제 조건 중 하나인 ‘고체 전해질용 황화 실리콘 저가 제조 기술’을 개발했다. 전고체 전지는 폭발이나 화재 위험이 없어 전기차에 쓰일 차세대 배터리로 주목받는다. 한국전기연구원 차세대전지연구센터 하윤철 책임연구원와 금오공대 신소재공학부 박철신 교수 연구팀은 고체 전해질의 가격 경쟁력과 품질 향상에 기여하는 기술을 개발했다고 2023년 03월 20일 밝혔다. 전고체 전지는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 전해질을 액체가 아닌, 화재나 폭발 위험성이 낮은 고체로 대체한 것이다. 고체 전해질에 황화 실리콘을 첨가하면, 이온 전도도와 수분 안정성이 높아진다. 하윤철 책임연구원은 “이온 전도도가 높아진다는 것은 전류를 빨리 흘릴 수 있다는 것이고, 이는 곧 전지의 출력 향상으로 이어진다. 수분 안전성이 높아지면 고체 전해질 제작 공정이 용이해진다” 라고 설명했다.

 

★ 문제는 황화 실리콘 제작 공정 난도가 높다는 점이다. 황과 실리콘 합성에 800도의 높은 온도가 필요하다. 높은 온도로 높아지는 증기압을 버틸 환경도 필요하다. 높은 공정 난도는 가격 경쟁력을 떨어뜨린다. 황화 실리콘은 20g당 약 170만원에 이른다. 연구팀은 황과 실리콘의 배치를 최적화하여 합성 조건을 확립하고, 800도의 높은 반응 온도에서도 황의 기화에 따른 증기압을 버틸 수 있는 밀폐 환경을 구현했다.

 

★ 연구팀은 “이렇게 해서 만든 황화 실리콘은 상용 제품의 품질과 대등했다. 만들어낸 황화 실리콘을 고체 전해질 제조에 활용한 결과, 약 2배 높은 이돈 전도도와 수분 안전성을 가지는 것을 확인했다”라고 밝혔다. 하윤철 책임연구원은 “그동안 황의 증기압 상승을 해결하기 위해 국내외 많은 연구진이 고가의 원료를 사용하거나, 특수 공정을 도입하는 등 어려움을 겪었다. 이번 연구로 고체 전해질용 황화 실리콘을 저렴하고 쉽게 제조할 수 있게 됐다” 라고 말했다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘저널 오브 머터리얼즈 케미스트리 에이’ (Journal of Materials Chemistry A)에 2023년 03월 14일 표지 논문으로 공개됐다.

 

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