'꿈의 전고체전지' 저비용 대량생산의 길 열다

한국전기연구원, 전고체전지 기술개발
10분의1 비용으로 성능 좋은 전지 생산
기존 리튬이온전지 설비로 대량생산 가능

[아시아경제 황준호 기자] 전기차 분야의 차세대 전지로 꼽히는 전고체전지용 고체전해질을 10분의 1 비용으로 대량생산할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 리튬이온 전지를 대체할 전고체전지의 상용화를 앞당길 기술이 될 것이라는 전망이 제기된다.

박준우 한국전기연구원(KERI) 차세대전지연구센터 박사의 연구팀은 전고체전지의 핵심 구성요소인 고체 전해질을 기존 가격 대비 10% 수준에 제조할 수 있는 특수 습식합성법과 전고체전지의 대량생산을 가능하게 하는 '고체전해질 최적 함침 기술'을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구 논문은 사이언티픽 리포트에 최근 실렸다.

전고체전지, 저렴하게 대량생산한다

연구팀은 낮은 순도의 저렴한 원료로 성능이 뛰어난 고체 전해질을 생산할 수 있는 특수 습식합성법을 개발했다. 최적의 합성을 위한 첨가제를 넣어, 고체 전해질을 대량생산할 수 있는 습식 합성법의 장점과 높은 이온 전도도를 가진 고체 전해질을 만들 수 있는 건식 합성법의 장점을 합친 기술이다. 특히 고순도 원료의 10분의 1 비용인 원료에서도 성능 좋은 고체 전해질을 대량으로 생산할 수 있다.

또한 연구팀은 전고체전지용 양극(+)의 대면적 생산과 생산비용 절감을 가능하게 하는 '고체전해질 최적 함침 기술'도 개발했다. 이 기술을 활용하면 고체 전해질을 양극에 균일하게 분산할 수 있다. 이를 통해 낮은 비율의 고체 전해질이라도 활물질을 많이 포함하게 할 수 있어, 높은 에너지밀도를 가진 전고체전지용 양극을 만들 수 있다. 양극은 전지의 용량을 결정하는 핵심 구성요소 중 하나다.

특히 이 기술을 활용하면 액체 전해질 기반 리튬이온전지 양극을 제작하던 기존의 생산라인을 거의 그대로 활용해 전고체 전지를 만들 수 있다.

전고체전지는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 '전해질'을 기존 가연성의 액체에서 고체로 대체한 전지다. 화재 위험이 없고 온도변화나 외부 충격을 막기 위한 분리막이 필요 없다. 고용량화나 소형화, 형태 다변화 등 다양한 활용도 가능해 '꿈의 전지'로 불린다.

전고체전지 상용화 위한 기술사업화 개시

박준우 박사는 "특수 습식합성법은 비싼 원료와 복잡한 고에너지 공정방식이 없어도 높은 수득률로 고체 전해질을 제조할 수 있는 획기적인 제조 기술이고, 함침 기술은 기업에서 비싼 비용을 들일 필요 없이 기존 생산라인을 활용해 쉽고 간단하게 전고체전지를 대량생산할 수 있는 최적의 공정 기술"이라고 소개했다.

연구 책임자인 이상민 센터장은 "전고체전지의 가장 핵심이 되는 저가형 고체 전해질 소재에 대한 합성법이 개발돼 그 실현 시기를 앞당길 수 있게 됐다"며 "현재 산업부 리튬기반 차세대 이차전지 성능 고도화 및 제조 기술 개발 사업의 성공 수행에도 큰 기여를 하게 될 것으로 기대한다"고 밝혔다.

연구팀은 이번 성과가 전고체전지의 대형화 및 대량생산이 요구되는 전기차, 전력저장장치(ESS) 등 다양한 분야에 활용될 것으로 보고 기술사업화를 추진하고 있다. 연구팀은 지난해 기술에 대한 원천특허 출원을 마쳤으며, 수요업체를 발굴해 전고체전지 상용화에 나설 예정이다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr