▲ 높은 이온전도성 고분자 고체 전해질과 계면 안정화 복합전극을 적용하여 유연성이 우수한 고안정성 전고체 고분자 전지를 구현하여 안정적인 사이클 구동뿐만 아니라 전지를 접거나 자르는 등 극한 변형에도 정상적으로 작동하였다

국내 연구진이 상용화가 가능한 전고체배터리용 고분자 고체 전해질 및 전극 핵심 기술을 개발하여 기술 이전한다.

한국화학연구원(원장 이미혜)은 에너진(대표 장진숙)과 화학연에서 전고체 고분자 배터리 기술이전 계약 체결식을 개최했다고 25일 밝혔다.

화학연 강영구·석정돈·김동욱 박사 연구팀은 기존 고체 전해질의 한계를 넘는 높은 이온 전도도와 유연성의 고분자 고체 전해질 및 계면 안정성과 전기화학 안정성이 우수한 복합전극 기술을 적용한 전고체 고분자 배터리 개발에 성공했다.

기존 리튬이온배터리의 액체 전해질은 온도변화나 외부 충격에 의한 화재의 위험이 있다. 전고체 배터리는 모든 구성요소가 고체로 이뤄져 화재와 폭발을 방지할 수 있다.

특히, 고체 전해질 중 고분자 고체 전해질은 안전성 외에도, 경제성, 공정 편의성, 플렉서블 소자 적용 가능성 등으로 전고체 배터리 전해질로 손꼽히고 있다.

하지만, 기존 고분자 고체 전해질은 상온에서 리튬이온 전도도가 낮고 전극과 안정 계면 형성이 어려워 성능이 하락해 상용화가 어려웠다.

이에, 화학연 연구팀은 고분자 고체 전해질의 분자 구조를 제어, 리튬 이온 전도도를 향상시킨 고분자 고체 전해질과 복합전극 설계를 통해 계면 안정화 기술을 확보했다.

먼저, 연구단은 그물망 형태로 이온 전도성 고분자 가소제가 서로 연결되도록 설계, 리튬이온의 전도성 및 유연성이 우수하고 대량 합성이 가능하도록 했다.

또 전고체 배터리 성능 저하 요인 중 하나인 전극과 전해질 계면 이온전달 저항을 최소화해 이온전도성 바인더와 전극활물질이 유기적으로 통합된 복합전극을 설계했다.

연구팀은 향후, 에너진과의 공동 연구를 통하여 기존의 전고체 전지 기술이 가지고 있는 제조 공정의 문제점을 해결하여 전고체 전지의 상용화에 주도적 역할을 수행할 계획이다.

화학연 이미혜 원장은 “화학연 기보유 연구역량과 관련 기업과의 협력을 통한 전고체 전지의 원천기술 확보를 바탕으로, 에너지 및 기후 변화 문제 해결에 기여하고 국가 기술 경쟁력을 강화할 수 있기를 기대한다”고 말했다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부 원천기술개발사업 국가핵심소재연구단(단장 석정돈)과 한국화학연구원 주요사업의 지원을 받아 수행됐다.