생산기술연구원은 김호성 박사 연구팀이 폭발·화재 위험이 없고 배터리 팩 부피를 획기적으로 줄일 수 있는 `바이폴라 구조`의 전고체전지 제조기술을 개발했다고 17일 밝혔다.

전고체전지란 전지 양·음극 간 전해질을 액체에서 고체로 바꾼 차세대 이차전지를 말한다. 현재 상용화된 이차전지는 가연성 액체전해질을 사용하는 리튬이온전지로 과열·과충전될 경우 팽창, 폭발할 위험이 있다.

연구팀이 개발한 전고체전지는 내열·내구성이 뛰어난 산화물계 고체전해질 소재를 사용, 폭발·화재 위험이 없고 안전하다. 또 이 전고체전지는 다수의 단위셀이 하나의 셀스택 안에 직렬연결된 바이폴라 구조로 설계·제작돼 고전압 구현에 유리하다.

연구팀은 테일러반응기를 활용한 저가의 연속생산 공정을 도입, LLZO 분말의 생산비용을 최소화하고 분말 입자를 나노화하는 데 성공했다. 그 결과 나노급 LLZO 고체전해질 분말은 이종 원소 도핑에 의해 소결시간이 5배 이상 단축, 비용이 크게 절감됐고 이온전도도가 세계 최고 수준인 1.75 x 10-3 S/㎝로 3배 이상 개선됐다.

개발된 LLZO 분말은 소량의 고강도 이온전도성 바인더와 복합화돼 50-60㎛ 두께의 복합고체전해질 시트로 제작됐는데 이는 전고체전지의 부피 에너지밀도를 445 Wh/L 수준으로 향상시키는 국내 최고 수준 기술이다.

이 제조기술을 통해 전기차 배터리 팩을 간소화, 부피를 3분의 1 정도로 줄이고 주행거리는 2배 이상 향상시킬 수 있을 것으로 전망된다.

김 박사는 "최근 잇따른 신재생에너지 ESS 폭발 및 화재로 배터리의 안전성이 중요해지는 상황에서 국내 기술력으로 기존 전지를 대체할 수 있는 차세대 전고체전지 제조기술 확보에 성공했다"고 말했다.

주재현 기자

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