폭발 없고 성능 뛰어난 차세대 전고체 배터리 기술 상용화 돌입

화학연-민간업체, 차세대 전고체 고분자 전지 기술 이전 계약 체결

[아시아경제 김봉수 기자] 국내 연구진이 개발한 화재 및 폭발 위험이 없고 안정적인 차세대 전고체 배터리 기술이 본격적인 상업화 단계에 돌입했다.

한국화학연구원은 25일 오후 한 민간 업체와 자체 개발한 차세대 전고체 고분자 전지 기술 이전 계약을 체결했다. 앞서 화학연 강영구·석정돈·김동욱 박사 연구팀은 기존 고체 전해질의 한계를 뛰어넘는 높은 이온 전도도와 유연성을 지닌 고분자 고체 전해질과 함께 계면 안정성과 전기화학 안정성이 우수한 복합전극 기술을 적용한 ‘전고체 고분자 전지’ 개발에 성공한 바 있다.

전고체 전지는 전기차가 대세가 되고 있는 상황에서 유력한 차세대 배터리 후보로 떠오르고 있다. 전세계 친환경 전기차 판매 대수가 2025년 기준으로 1690만대를 넘어설 것으로 예상된다. 그러나 기존의 ‘리튬이온 전지’의 경우 전해질이 액체 상태로 온도변화나 외부 충격에 의해 불안정하게 되면 화재 위험이 있다. 또 충전 속도, 용량 등에 한계가 있어 전기차 상용화의 걸림돌이 되고 있다.

‘전고체 전지’는 전해질을 포함한 모든 구성요소가 고체로 이루어지고 있어, 화재와 폭발을 방지할 수 있는 강점을 지닌 고안정성 차세대 전지로 주목받고 있다. 고체 전해질 중 ‘고분자 고체 전해질’은 발화 및 폭발로부터의 안전성 이외에도, 경제성, 공정의 편의성, 플렉서블 소자에 적용 가능성 등의 여러 장점으로 인해 전고체 전지의 핵심 전해질로 손꼽히고 있다.

하지만 기존의 ‘고분자 고체 전해질’은 상온에서 리튬이온 전도도가 낮고 전극과의 안정한 계면 형성이 어려워 이차전지의 성능이 하락하는 문제는 전고체 고분자 전지의 상용화에 걸림돌이 되었다.

연구팀은 고분자 고체 전해질의 분자를 구조 제어해 리튬 이온 전도도를 향상시킨 고분자 고체 전해질과 복합전극 설계를 통한 계면 안정화 기술을 확보해 ‘고안정성 전고체 고분자 전지 기술’을 개발했다. 일종의 그물망 형태(가교구조)로 이온 전도성 고분자 가소제가 서로 연결되도록 설계했다. 리튬이온의 전도성 및 유연성이 우수하며, 대량 합성이 가능하다. 전고체 전지의 성능을 저하시키는 요인 중인 하나인 전극과 전해질 계면에서의 이온전달 저항을 최소화하면서도 안정적인 전지 구현을 위해 이온전도성 바인더와 전극 활물질이 유기적으로 통합된 복합전극도 개발했다.

연구팀은 앞으로 이 민간업체와 공동 연구를 통해 기존의 전고체 전지 기술이 가지고 있는 제조 공정의 문제점을 해결해 전고체 전지의 상용화에 주도적 역할을 수행할 계획이다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr