희생양극ㆍ인듐음극 기반 전고체전지 개발

한국전기연구원 김병곤 박사팀, 리튬 손실 문제ㆍ내부 단락 등 해결

　한국전기연구원 차세대전지연구센터 김병곤 박사팀이 ‘희생양극’과 ‘인듐음극’을 도입해 안정성과 수명 특성이 크게 향상된 황화물계 차세대 전고체전지 개발에 성공했다.

　KERI 김병곤 박사팀은 계면 불안정성으로 인해 발생하는 리튬 손실을 보상하기 위해 도입된 희생양극은 충전 중에 질화리튬(Li3N)이 분해되면서 전지에 추가적인 리튬을 제공해준다.

　게다가 추가된 리튬은 인듐 음극과 반응해 부피를 더욱 팽창시켜 셀 내부 압력을 높이고, 이는 입자간 접촉을 향상시켜 전지의 성능을 업그레이드 해준다.

　이 외에도 리튬이 충ㆍ방전을 거듭할수록 나뭇가지 모양으로 자라나는 일명 ‘수지상 (dendrite) 성장’을 억제해주는 인듐음극은 고체 전해질과 안정적인 화학적 계면을 형성해줌으로써 전지의 장기 수명 특성을 크게 높여준다.

　연구팀은 개발 성과의 효과를 확인하기 위해 실시간 발생가스 및 셀 압력변화 측정, X-ray 단층촬영(tomography) 등의 분석기술을 활용했고, 이를 통해 셀 내부 압력과 음극 계면 안정성이 전지 성능에 긍정적인 영향을 미친다는 사실을 밝혀냈다.

　이러한 원리로 전고체전지에 KERI가 개발한 희생양극 및 인듐음극 기술이 도입될 경우, 260사이클 이상의 안정적인 충ㆍ방전 수명 특성을 확보할 수 있다는 것을 확인했다.

　현재 상용화 된 리튬이온전지가 통상 300~500회의 사이클을 가지고 있다는 점을 고려하면, 이번 KERI의 기술은 전고체전지의 상용화를 앞당길 수 있는 큰 성과다.

　KERI 김병곤 박사는 “인듐의 셀 전압이 낮아 추가적인 연구가 필요하긴 하지만, 전고체전지의 수명을 좌우하는 음극 분야에서 전지의 장기 안정성의 기반을 마련했다는 측면에서 그 의미가 매우 크다”고 전했다.

황철성 기자 다른기사 보기