DGIST, 화재·폭발 걱정 없는 고체가소제 기반 고체전해질 개발

높은 이온전도도, 난연 특성 동시에 가진 고분자계 고체전해질

DGIST 에너지융합연구부 김재현(뒷줄 맨 오른쪽) 박사 연구팀 연구진. DGIST 제공.

대구경북과학기술원(DGIST) 에너지융합연구부 김재현 박사 연구팀이 경북대 전상은 교수 연구팀과 공동 연구를 통해 고체 전해질을 사용한 새로운 리튬메탈배터리를 개발했다고 DGIST가 22일 밝혔다.

배터리의 안정성이 향상됐을 뿐 아니라 전체적인 배터리 부피를 줄이고, 분리막을 필요로 하지 않아 다양한 분야로의 활용이 기대된다.

에너지융합연구부 김재현 박사 연구팀은 고체가소제를 고체 고분자 전해질에 첨가해 기존 고체 고분자 전해질의 단점을 극복하고, 안전한 전고체 리튬메탈배터리를 제작하는데 성공했다. 이 배터리는 리튬 메탈 음극 계면에서 리튬 덴드라이트의 형성을 억제해 안정성이 향상된다.

기존 사용되는 이온성 액체의 경우 리튬 덴드라이트로 인한 단락을 예방하지 못한다는 단점이 있었지만, 고체가소제는 이런 단점을 극복할 수 있다고 김 박사 연구팀은 설명했다.

연구팀이 개발한 복합 고체 전해질은 기존 고체 고분자 전해질의 단점을 극복하면서, 높은 이온전도도와 화제를 제어하는 난연 특성까지 갖추고 있다. 따라서 배터리는 높은 에너지 저장 용량을 유지하면서도 안정적으로 작동할 수 있다.

특히, 고체 전해질은 구부러질 수 있기 때문에 향후 폭발이나 화재의 염려가 없는 웨어러블 디바이스 전원용 배터리 구현에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

DGIST 에너지융합연구부 김재현 박사는 "이번 연구에서 안정성을 높이고 용량 유지율을 향상시킨 고체 전해질을 개발함으로써 리튬메탈배터리의 성능을 크게 향상시켰다"고 평가했다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단 미래소재디스커버리 사업 등의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 Willy 출판사의 학술지 'Advanced energy materials' 표지논문으로 게재됐다.