DGIST, 차세대 배터리용 고체 전해질 기술 개발

(이호춘 DGIST 에너지공학과 교수(왼쪽)와 강석범 학위 연계 과정생. DGIST 제공)

대구경북과학기술원(DGIST)은 이호춘 에너지공학과 교수 연구팀이 고전압 및 고에너지 밀도 포타슘 배터리에 적용할 수 있는 고체 전해질 기술을 개발했다고 13일 발표했다.

일반적으로 칼륨으로 알려진 포타슘을 이용해 만든 배터리는 포타슘 원소의 풍부한 양과 포타슘의 낮은 환원 전위 덕분에 리튬 이온 배터리의 뒤를 이을 차세대 배터리로 주목받고 있다. 그러나 포타슘 배터리에 사용되는 카보네이트 계열 전해질은 전기화학적 안정성이 매우 낮고, 불에 잘 붙는 가연성 물질이어서 활용하기에 한계가 있다.

연구팀이 개발한 포타슘 배터리 전고체 전해질 기술은 기존 카보네이트 전해질이 갖는 단점을 극복한 고체 전해질 기술이다. 설폰 화합물 기반 유기-결정성 고체 전해질(SCOE)은 높은 전류를 흐르게 하면서 우수한 전기화학 안정성을 갖고 있고 불에 잘 타지 않는 난연성도 확보했다.

이 교수는 “고체전해질을 높은 온도로 가열해 녹인 뒤 양극 활물질에 붓는 과정인 용융 주조공정을 통해 고체전해질과 양극활물질 간 치밀한 계면 접촉을 형성할 수 있었다”고 설명했다.

칼륨 이온 전지용 양극활물질 중의 하나인 ‘KVPO4F’ 양극재를 포함한 5V 고전압 배터리에 SCOE를 전해질로 사용한 결과, 100회 이상 성공적으로 충·방전됐으며 높은 용량 유지율(88.8%)과 쿨롱 효율(99.6%)을 보였다.

이번 연구는 홍승태 DGIST 에너지공학과 교수팀과 공동으로 진행됐고, 화학공학 분야 저명 국제 학술지 중 하나인 ‘케미컬 엔지니어링 저널’ 온라인판에 실렸다.
오경묵 기자