전고체 전지용 고체전해질 가격경쟁력 확보
전고체 전지용 고체전해질 가격경쟁력 확보
  • 김진철 기자
  • kjc@energytimes.kr
  • 승인 2023.03.20 23:33
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전기연구원-금오공대, 황화 실리콘 최적 저가 제조기술 개발
고체전해질 제조 활용 결과 이온 전도도와 수분 안전성 확인
액체 전해질 기반 리튬이온전지 적용 유의미한 결과 얻기도
하윤철 전기연구원 박사팀이 박철민 금오공대 교수팀과 전고체 전지 상용화를 앞당길 수 있는 고체 전해질용 황화 실리콘 저가 제조기술 개발을 완료하고 이 기술을 활용해 생산한 황화 실리콘.
하윤철 전기연구원 박사팀이 박철민 금오공대 교수팀과 전고체 전지 상용화를 앞당길 수 있는 고체 전해질용 황화 실리콘 저가 제조기술 개발을 완료하고 이 기술을 활용해 생산한 황화 실리콘.

【에너지타임즈】 우수한 내열성과 내구성으로 배터리 폭발이나 화재 가능성을 낮추는 한편 크기 또한 줄일 수 있는 전고체 전지 성능이 크게 향상될 것으로 보인다. 전기연구원과 금오공대로 구성된 연구팀이 고체 전해질용 황화 실리콘 저가 제조기술을 개발했기 때문이다.

하윤철 한국전기연구원 박사팀은 박철민 금오공대 교수팀과 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 전해질을 액체가 아닌 화재나 폭발 위험성이 낮은 고체로 대체한 전고체 전지의 상용화를 앞당길 수 있는 고체 전해질용 황화 실리콘 저가 제조기술 개발에 성공했다고 20일 밝혔다.

전고체 전지 상용화는 제조 공정과 양산화 등에 대한 어려움과 함께 높은 단가 등의 걸림돌로 알려져 있고, 세계적으로 연구개발이 활발하게 진행되는 가운데 전기연구원이 성과를 만들어낸 것이다.

연구팀은 소재로 황화 실리콘에 주목했다.

전고체 전지용 고체전해질에 황화 실리콘을 첨가하면 이온 전도도와 수분 안전성을 높일 수 있게 된다. 황화물계 고체전해질이 수분에 노출되면 황화수소가 발생하는데 황화 실리콘을 첨가한다면 황화수소를 줄일 수 있기 때문이다.

다만 황과 실리콘 합성 과정에서 높은 반응온도가 필요하고 그에 따른 황의 증기압이 너무 커지는 문제가 발생하는 등 황화 실리콘 제조를 위한 공정은 까다롭다. 게다가 황화 실리콘 가격은 20그램당 170만 원에 달한다.

연구팀은 황화 실리콘 제조를 위한 최적의 공정 기술을 개발하고 이를 전고체 전지용 고체전해질에 적용할 수 있는 발판을 마련한 것이다.

특히 연구팀은 황과 실리콘 배치를 최적화해 합성 조건을 확립하는 한편 800℃ 높은 반응온도에서도 황 기화에 따른 증기압을 버틸 수 있는 완벽한 밀폐 환경을 구현하는 것에도 성공했다.

연구팀은 만들어진 황화 실리콘을 고체전해질 제조에 활용한 결과 2배 이상의 높은 이온 전도도와 수분 안전성을 가졌다는 것을 확인했다.

또 연구팀은 황화 실리콘을 고체전해질뿐만 아니라 액체 전해질 기반의 리튬이온전지에 적용해 유의미한 결과를 얻기도 했다.

하윤철 전기연구원 박사는 “그동안 황 증기압 상승을 해결하기 위해 국내외 많은 연구진이 고가의 원료를 사용하거나 특수 공정을 도입하는 등 어려움을 겪었으나 이번 성과로 고체 전해질용 황화 실리콘을 저렴하고 쉽게 제조할 수 있는 길이 열릴 것”으로 내다봤다.

한편 전기연구원은 고체 전해질용 황화 실리콘 저가 제조기술에 대한 특허 출원을 준비하고 있다. 또 이 성과가 전고체 전지 관련 기업으로부터 많은 관심을 받을 것으로 보고 관련 수요 업체를 발굴해 황화 실리콘 제조 공정 상용화를 추진할 방침이다.

하윤철 전기연구원 박사팀이 박철민 금오공대 교수팀과 전고체 전지 상용화를 앞당길 수 있는 고체 전해질용 황화 실리콘 저가 제조기술 개발을 완료했다. 왼쪽부터 하윤철 전기연구원 박사, 박철민 금오공대 교수.
하윤철 전기연구원 박사팀이 박철민 금오공대 교수팀과 전고체 전지 상용화를 앞당길 수 있는 고체 전해질용 황화 실리콘 저가 제조기술 개발을 완료했다. 왼쪽부터 하윤철 전기연구원 박사, 박철민 금오공대 교수.

 


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