전세계 친환경 전기차 판매 대수가 2025년 기준으로 1,690만대를 넘어설 것으로 예상됨에 따라 전기차용 고안전성 배터리 시장의 성장 가능성 및 경제적 파급효과가 무궁무진할 것으로 전망되고 있다.
국내 연구진이 상용화가 가능한 전고체 전지용 고분자 고체 전해질 및 전극 핵심 기술을 개발해 기술이전한다.
한국화학연구원(원장 이미혜)은 에너진(주)(대표 장진숙)과 25일 화학연에서 전고체 고분자 전지 기술이전 계약 체결식을 개최했다. 이날 행사에는 화학연 이미혜 원장, 에너진(주) 장진숙 대표 등 관계자 8명이 참석했다.
화학연 강영구·석정돈·김동욱 박사 연구팀은 기존 고체 전해질의 한계를 뛰어넘는 높은 이온 전도도와 유연성을 지닌 고분자 고체 전해질 및 계면 안정성과 전기화학 안정성이 우수한 복합전극 기술을 적용한 '전고체 고분자 전지' 개발에 성공했다.
에너진(주)은 당사가 보유한 역량과 화학연의 전고체 고분자 전지 기술을 접목해 전지 성능 향상 및 전지 제조 자동화 공정 개발을 통해 전고체 고분자 전지 상용화를 목표로 하고 있다.
기존의 ‘리튬이온 전지’의 전해질이 액체 상태로 온도변화나 외부 충격에 의해 불안정하게 되면 화재 위험이 있는 반면 ‘전고체 전지’는 전해질을 포함한 모든 구성요소가 고체로 이루어지고 있어, 화재와 폭발을 방지할 수 있는 강점을 지닌 고안정성 차세대 전지로 주목받고 있다.
특히 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.
이에 화학연 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.
먼저, 연구단은 일종의 그물망 형태(가교구조)로 이온 전도성 고분자 가소제가 서로 연결되도록 설계해 리튬이온의 전도성 및 유연성이 우수하며, 대량 합성이 가능한 고체 고분자 전해질을 개발했다.
또한 전고체 전지의 성능을 저하시키는 요인 중인 하나인 전극과 전해질 계면에서의 이온전달 저항을 최소화하면서도 안정적인 전지 구현을 위해 이온전도성 바인더와 전극 활물질이 유기적으로 통합된 복합전극을 설계했다.
연구팀은 이차전지 핵심소재에 대한 우수한 연구역량과 원천 기술 및 특허를 보유하고 있으며, 다양한 기관과의 협력을 바탕으로 기술 개발 노하우를 축적하고 있다.
특히 해당 연구단이 보유하고 있는 고분자 고체 전해질의 설계, 합성, 제조 및 전극/전해질 계면 안정화 제어 기술은 세계적으로도 손꼽히는 기술이다.
연구팀은 에너진(주)과의 공동 연구를 통하여 기존의 전고체 전지 기술이 가지고 있는 제조 공정의 문제점을 해결하여 전고체 전지의 상용화에 주도적 역할을 수행할 계획이다.
화학연 이미혜 원장은 "화학연 기보유 연구역량과 관련 기업과의 협력을 통한 전고체 전지의 원천기술 확보를 바탕으로, 에너지 및 기후 변화 문제 해결에 기여하고 국가 기술 경쟁력을 강화할 수 있기를 기대한다"고 말했다.
