계장기술(PROCON)

계장포커스 전고체전지 전극 제조의 새로운 장 열다

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작성자 최고관리자 댓글 0건 조회 152회 작성일 22-08-12 15:47

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- 하윤철 박사팀, 고체 전해질 제조 및 응용 위한 열처리 온도 200℃ 이하로 낮춰
- 이온 전도도 손실 및 계면 저항 문제 등 해결, 기업체 기술이전 통해 상용화 준비 중

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한국전기연구원(KERI, 원장 직무대행 김남균) 차세대전지연구센터 하윤철 박사팀이 개발한 ‘저온 소결형 고체 전해질 분말 제조 및 시트화 기술’이 전문 기업체에 기술이전되어 전고체전지 상용화에 큰 기여를 할 것으로 주목받고 있다.
전고체전지는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 ‘전해질’을 액체가 아닌 고체로 대체한 차세대 배터리다. 불연성의 고체 사용으로 화재 위험이 없고, 냉각 장치 등이 따로 필요하지 않아 전지의 고용량화, 소형화, 형태 다변화 등 사용 목적에 따라 다양하게 활용이 가능한 차세대 유망 기술이다.
전고체전지는 고체 전해질의 효과적인 생산도 중요하지만, 무엇보다 전해질이 고체이기 때문에 전극이나 멤브레인(분리막)을 만드는 단계에서 다른 물질과의 계면 접촉이 대단히 중요하다. 소결과 같은 열처리를 통해 계면 접촉을 개선할 수 있지만, 문제는 바인더 등 전지의 일부 소재가 고온의 열에 약하다는 것이다.
특히 높은 온도(일반적으로 500℃ 이상)에서 잘 만들어진 고체 전해질일지라도 다른 물질(바인더, 도전재, 활물질 등)과 혼합하기 위해 아주 미세한 입자로 분쇄해야만 했고, 이온 전도도 손실로 이어지곤 했다. 혼합 후에도 제한된 열처리로 인해 계면 간 저항 문제도 발생했다. 온도를 높이자니 소재 손상이 우려되고, 반대로 낮추자니 결과물의 질이 떨어지는 난제에 직면했다.
이러한 어려움을 극복하는 KERI의 성과는 저온에서 양질의 고체 전해질을 손상 없이 제조하여 극판과 멤브레인에 최적 적용할 수 있는 기술이다. 하윤철 박사팀은 자체 개발한 중간재습식 밀링 공정’을 기반으로, 200℃ 이하 낮은 결정화 온도에도 기존 방식(500℃ 이상 열처리)의 결과물과 대등한 수준의 이온 전도성을 가지는 고체 전해질 제조기술을 개발할 수 있었다.
KERI 하윤철 박사는 “우리의 기술은 단순 고체 전해질의 이온 전도도 향상이나 대량생산에만 머물렀던 관점을 넘어, 전극 혹은 멤브레인 공정까지 고려했다는 측면에서 완성도와 실용성이 높은 성과다”라고 밝히며 “앞으로 전력저장장치(ESS)나 전기 차 등의 분야에서 성능 좋고 안전한 전고체전지의 상용화를 위한 소재·극판·셀 공정기술 개발에 지속적인인 노력을 다할 것”이라고 전했다.