아주대 공동 연구팀, 차세대 전고체 배터리 설계 전략 개발


[매일방송=홍석준 기자] 아주대는 한국세라믹기술원 연구팀과 차세대 배터리 시스템의 핵심인 고체 전해질 소재의 새로운 설계 전략을 개발했다고 18일 밝혔다.

현재 전기자동차 등에 널리 사용되는 리튬이온 배터리는 액체 전해질로 구성돼 부피가 큰 데다가 충격 시 화재가 발생할 수 있다는 한계를 가지고 있다.

이를 보완하기 위한 차세대 배터리 시스템 중 하나로 고체 전해질을 사용하는 '산화물계 기반 전고체 배터리'가 주목을 받았다.

산화물계 기반 전고체 배터리는 다른 전고체 배터리에 비해 높은 이온전도성을 지니며 에너지 밀도를 높일 수 있다는 강점을 가지지만, 제작에 높은 비용이 든다는 단점이 있었다.

소재로 사용되는 고체 전해질이 배터리가 실제 작동하는 상온에서는 불안정한 소재 결정 구조를 보인다는 점도 상용화에 걸림돌로 작용해왔다.

이에 학계와 산업계는 다양한 원소의 도핑을 통해 소재의 조성을 새롭게 설계하기 위한 시도를 이어가고 있다.

아주대 조성범 첨단신소재공학과 교수와 한국세라믹기술원 최정현 박사 공동 연구팀은 관련 연구를 통해 해당 배터리에 사용되는 고체 전해질 소재의 신규 조성을 설계했다고 밝혔다.

컴퓨터 시뮬레이션 등으로 주기율표상 다양한 원소의 신규 조합을 설계해, 저온 합성과 상 안정화(고온에서 제작된 소재의 결정 구조가 상온에서 바뀌지 않고 본래의 물성을 유지하는 현상)가 가능한 전고체 전해질을 발견한 것이다.

이번에 개발된 전고체 전해질은 기존 물질 대비 400도 낮은 온도에서 공정이 가능해 배터리 생산 과정에서 에너지 소모를 줄이고, 가격 경쟁력을 높이는 데 기여할 것이라고 연구팀은 전했다.

조 교수는 "이번 연구가 전고체 배터리의 상용화를 앞당겨 환경친화적인 에너지 저장 방안을 개발하는 데 기여할 수 있기를 기대한다"고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '케미컬 엔지니어링 저널'(Chemical Engineering Journal) 이달 호에 게재됐다.

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