포스텍, 전고체 배터리 '압력 족쇄' 풀었다

박수진·조창신 교수팀, 배터리 계면 기술 개발

박수진 포스텍 교수 (사진=포스텍 제공)

포스텍 박수진·조창신 교수 연구팀이 배터리를 강하게 누르지 않아도 안정적으로 작동할 수 있는 박막 계면층을 개발해 황화물계 전고체 배터리의 높은 압력 의존성을 낮추는 데 성공했다.

황화물계 전고체 배터리는 높은 안전성과 에너지 밀도로 차세대 배터리로 주목받고 있지만, 충·방전 과정에서 전극과 고체 전해질 사이에 틈이 생겨 수십 MPa에 달하는 강한 압력을 가해야 한다는 점이 실용화의 걸림돌로 지적돼 왔다.

연구팀은 리튬 음극과 고체 전해질 사이에 맥신과 실리콘, 은을 결합한 2~4μm 두께의 박막 하이브리드 계면층을 적용해 이러한 문제를 해결했다.

특히 서로 다른 특성을 가진 실리콘과 은을 함께 활용해 충·방전 과정에서 리튬이 한곳에 집중되지 않고 고르게 쌓이도록 조절하면서 배터리 내부의 계면 접촉도 안정적으로 유지했다.

그 결과 기존에 높은 압력이 필요했던 황화물계 전고체 배터리를 0.2MPa 수준의 초저압에서도 안정적으로 구동할 수 있었으며 파우치형 배터리에서도 낮은 압력 조건에서 반복적인 충·방전이 가능함을 확인했다.

연구는 배터리를 지속적으로 눌러주는 무겁고 부피가 큰 장치에 대한 의존도를 낮춰 전고체 배터리를 보다 가볍고 안전하게 구현하고 전기차 등 실제 응용 분야로 확대하는 데 기여할 것으로 기대된다.

박수진 교수는 "황화물계 전고체 배터리의 실용화를 위해서는 우수한 전기화학적 성능뿐만 아니라 높은 외부 압력에 대한 의존도를 낮추는 것이 중요했다"고 전했다.

조창신 교수는 "계면 자체 소재와 구조 설계를 통해 안정적인 전고체 배터리를 구현하는 새로운 방향을 제시할 것으로 기대한다"고 연구의 의의를 밝혔다.


포항=김규동 기자