▲ 사진= ETRI 제공

국내 연구진이 스마트폰 배터리처럼 방전되어도 충전해 반복 사용이 가능한 새로운 형태의 전고체(All-Solid-State) 이차전지용 전극 구조를 개발했다. 

연구진의 기술을 적용하면 기존보다 에너지밀도를 대폭 높일 수 있어 고성능 전고체 이차전지를 구현하는데 큰 도움이 될 전망이다.

한국전자통신연구원(ETRI)과 대구경북과학기술원(DGIST) 공동연구팀은 활물질 간 원활한 리튬이온 확산 특성을 규명, 새로운 형태의 전고체 이차전지용 전극 구조를 설계했다고 밝혔다. 

일반적으로 사용되는 전고체 이차전지의 전극 구조는 이온 전도를 담당하는 고체전해질, 전자 전도를 담당하는 도전재, 에너지 저장을 담당하는 활물질, 그리고 이들을 물리적, 화학적으로 잡아주는 바인더로 구성된다.

하지만 ETRI 연구진은 실험을 통해 흑연 활물질 입자 간에도 이온이 전달되는 것을 확인하며 활물질과 바인더로만 구성된 새로운 형태의 전고체 이차전지용 전극 구조를 제안했다.

ETRI 연구진은 이를 실험적으로 최종 구현해내는데 성공하며 본 기술을 ‘이온 확산 기반 전고체 전극’이라 명명하고 국제 학술지에 논문을 투고했다.

연구진의 기술을 적용하면 고체 전해질이 필요 없기에 같은 부피에 더 많은 활물질을 전극에 집어넣을 수 있다. 즉, 전극 내 활물질 함량이 98wt%에 달할 정도로 구성을 극대화할 수 있고 그 결과, 에너지밀도를 일반적인 흑연 복합 전극 대비 약 1.5배 높일 수 있다. 

본 연구의 총괄책임자인 ETRI 지능형센서연구실 이영기 박사는 “전고체 이차전지를 개발하는 기존 구조에서 벗어나 활물질만으로 이온을 확산할 수 있는 것을 최초로 밝혔다. 본 기술로 에너지밀도를 더욱 높일 이차전지를 개발, 핵심 원천 기술을 확보하며 상용화를 이루는데 힘쓰겠다”고 밝혔다.