울산과학기술원(UNIST)은 강석주 UNIST 에너지화학공학과 교수와 주세훈 숙명여대 교수 공동 연구팀이 전고체전지 수명을 늘려주는 필름형 고분자 고체 전해질을 개발했다고 17일 밝혔다. 이 필름형 전해질을 '쭉 잡아당기는' 간단한 공정으로 더 오래 가는 전고체전지를 만들 수 있다.
전해질은 리튬이온이 음극과 양극 사이를 오가는 통로 역할을 하는 소재다. 전기차나 대용량 에너지저장장치는 이 전해질 소재로 인화성 액체를 쓴다.
액체 전해질을 고분자계 고체 전해질로 바꾼 고분자 전고체전지는 폭발과 화재 위험이 낮다. 반면 리튬이온 이동성이 떨어져 충·방전을 반복할수록 용량이 줄어든다.
공동 연구팀은 불소계 고분자(PVDF-TrFE-CFE) 기반 필름형 전해질 개발로 이러한 리튬이온 이동성 문제를 개선했다.
이 필름형 고분자 전해질을 한 방향으로 잡아당기면(일축 연신공정) 내부 구불구불한 고분자 사슬이 쭉 풀어지면서 리튬이온의 이동 통로를 열어준다.
연구팀은 고분자에 세라믹가루(LLZTO)를 배합해 기계적 유연성과 난연성을 보완하고 이온 전도도도 높였다.
실험 결과, 연신공정을 거친 고분자 전해질의 리튬이온 확산 속도는 그렇지 않은 고분자 전해질 대비 4.8배 높았고, 이온 전도도는 72% 증가했다.
이 고분자 전해질을 리튬금속-리튬인산철(LFP) 전고체전지에 적용해 수명이 늘어난 것도 확인했다. 적용 전지는 200회 충·방전 후 초기 용량의 약 78%를 유지했고, 기존 전해질 적용 전지는 55%에 그쳤다.
강석주 교수는 “리튬이온 이동을 방해하는 고분자 전해질의 고질적 내부 문제를 '연신'이라는 물리적 자극으로 해결한 연구 성과”라며 “고분자계 고체 전해질은 무기계 고체 전해질보다 유연하고 대량 생산이 쉬워 더 안전하고 오래가는 전고체전지 개발과 상용화에 기여할 것”이라고 말했다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
부산=임동식 기자 dslim@etnews.com
