ETRI, 얇으면서 인장강도 뛰어난 '고체전해질막' 개발…상용화 속도

대면적 제조 가능 다공성 지지체 기반 고체전해질막

롤투롤 공정 적용으로 27㎛ 두께, 국제 학술지 게재

[대전=뉴시스] ETRI 연구진이 롤 형태로 제조된 대면적 고체전해질막의 품질과 외관 상태를 점검하고 있다.(사진=ETRI 제공) *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 한국전자통신연구원(ETRI)은 고이온전도성 황화물계 고체전해질과 레이저 가공 지지체(scaffold)를 결합해 얇고 유연하면서도 대면적 제조가 가능한 '고체전해질막'을 구현했다고 23일 밝혔다.
 
전고체 전지는 기존 리튬이온전지의 액체 전해질을 불연성 고체로 대체한 차세대 전지로 발화 위험이 낮고 고에너지밀도 리튬 금속 음극을 사용할 수 있어 더 큰 에너지 저장이 가능하다.

현재 수백 마이크로미터(㎛) 두께의 두꺼운 펠렛형 고체전해질을 사용하고 있어 전지의 에너지 밀도가 낮아지는 문제가 있고 고체전해질을 얇게 만들면 기계적 강도가 급격히 떨어져 대면적 제조가 어렵다는 한계가 있다.

ETRI는 레이저로 미세기공을 형성한 지지체 표면에 고체전해질 슬러리를 코팅하는 방식을 도입, 기존 문제를 해결했다.

새 코팅기술을 적용한 결과, 두께 27㎛ 수준의 얇은 고체전해질막을 구현하면서도 인장 강도는 기존 프리스탠딩(freestanding) 형태보다 13배 이상 높아졌다.

특히 고분자 필름이나 금속 호일을 지지체로 활용해 기계적 내구성과 이온전도성을 동시에 만족시켰다

또 연구진은 상용 리튬이온전지 제조공정에 사용되는 코마 코터(comma coater)를 활용해 롤 형태의 고체전해질막 제작에도 성공했다. 개발된 고체전해질막을 적용한 전고체 전지는 기존 펠렛형 전해질 대비 6배 높은 에너지 밀도를 기록했고  실온에서도 안정적인 충·방전 사이클 성능을 보였다.

차세대 에너지저장장치인 전고체 전지의 상용화를 앞당겼다는 평가를 받는 이번 연구결과는 재료과학분야 국제 학술지 스몰(Small)에 최근 게재됐다.

연구를 주도한 강석훈 선임연구원은 "고체전해질막의 기계적 내구성과 이온전도성을 동시에 확보, 전고체 전지 상용화의 핵심 과제였던 얇고 유연한 분리막 수준의 고체전해질막 대면적화를 가능하게 했다"며 "실제 배터리 양산공정에 적용할 수 있는 기반 기술이란 점에서 큰 의미가 있다"고 말했다.


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