류승호 선임연구원. [사진=한국과학기술
류승호 선임연구원. [사진=한국과학기술연구원]

[이뉴스투데이 전한울 기자] 한국과학기술연구원(KIST)은 류승호 에너지저장연구센터 박사 연구팀이 황화물계 고체 전해질의 소재와 합성공정을 최적화해 액체 전해질의 이온 전도도에 상응하는 고이온전도성 고체 전해질을 개발했다고 18일 밝혔다.

액체 전해질의 이온전도도에 상응하는 다양한 리튬전고체전지의 고체 전해질 후보물질들이 속속 보고되고 있는 가운데 황화물계 고체 전해질은 상대적으로 높은 이온 전도도를 보여 소재와 합성 공정 개선을 위한 연구가 시도되고 있다. 

다만 황화물계 고체 전해질의 경우 대기 노출시 수분과 반응해 유독한 황화수소(H2S) 가스를 발생시키는 문제가 있었다.

류승호 박사팀은 고이온전도성 황화물계 고체 전해질 중 하나인 아지로다이트(Argyrodite) 고체 전해질 소재 내부에 안티모니(Sb)와 게르마늄(Ge)를 도입하고, 추가 리튬(Li)을 삽입해 16.1mS/cm의 고이온전도성 고체 전해질을 개발했다. 

이는 10mS/cm급의 이온 전도도를 가지는 상용 액체 전해질에 상응하는 수준으로, 기존에 개발된 아지로다이트 황화물계 고체 전해질의 최고 수준 이온전도도인 14.8mS/cm을 넘어선다. 

연구팀은 개발된 고체 전해질을 상용 양극에 적용해 액체 전해질을 이용한 경우와 유사한 초기 용량을 얻었으며, 추후 전지 제조 공정의 최적화를 통한 고에너지, 장수명 리튬전고체전지 개발에 대한 기대감을 높였다.

또한 기존의 황화물계 고체 전해질의 경우 대기 노출시 수분과 반응해 유독한 황화수소 가스를 발생하는 문제가 있는 반면, 본 연구에서는 안티모니를 도입해 수분과의 반응성을 줄여 황화수소 가스 발생을 70% 이상 저감하는 결과를 얻기도 했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부의 KIST 주요사업, 한국연구재단 기후변화대응기술개발사업, 산업통상자원부 리튬기반차세대이차전지성능고도화및제조기술개발사업 및 자동차산업핵심기술개발사업의 지원을 통해 수행됐다. 

연구 결과는 에너지소재 분야의 국제학술지인 ‘ACS Energy Letters’ 최신 호에 게재됐다.

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