화학연, 차세대 무음극 전고체 전지 수명 늘린다
상용화 기대
[충청투데이 조정민 기자] 국내 연구진이 낮은 비용의 2차원 소재를 이용해 차세대 전지인 무음극 전고체 전지의 수명을 7배 향상시키는 기술을 개발했다.
1일 한국화학연구원에 따르면 안기석, 서동범 한국화학연구원 박사 연구팀과 박상백 충남대학교 교수 공동 연구팀이 금속-유기 화학 기상 증착법으로 성장시킨 이황화몰리브덴을 차세대 무음극 전고체 전지의 집전체에 적용해 수명을 크게 높이는 기술을 선보였다.
리튬 이차전지는 휴대폰·무선 가전제품 등 배터리로 많이 활용되지만 과전류 시 고옴이 발화점 낮은 전해질이 불타며 꺼지지 않는 위험이 존재했다.
이 같은 위험을 해결하기 위해 ‘전고체 전지’가 연구 중이다.
전고체 전지는 액체 전해질이 사용되는 리튬 이차전지와 달리 인화성 액체 없이 ‘모두(全) 고체’로 구성된 이차전지를 뜻한다.
연구자들은 더 나아가 음극 없이 생산하는 차세대 ‘무음극 전고체 전지’도 연구 중에 있다.
‘양극-고체-전해질-집전체’ 구조로 생산한 뒤 첫 충전 시 양극에서 나온 리튬 이온이 집전체에 달라붙으며 리튬 층을 형성해 스스로 음극이 생기도록 하는 방식이다.
생산 시 음극이 없는 만큼 일반 전고체 전지보다 부피를 줄일 수 있어 에너지 밀도 극대화, 즉 배터리 소형화 및 에너지 저장 용량 확대가 가능하다.
또 귀금속에 비해 저렴한 ‘이황화몰리브덴’ 박막을 적용했다.
반도체 공정에 사용되는 금속 유기화학 기상 증착법으로 스테인리스강(SUS) 집전체에 이황화몰리브덴 나노시트 박막을 정밀한 두께로 코팅해 충·방전 과정에서 경계면 안정화 층이 추가로 생성되도록 유도했다.
이영국 한국화학연구원장은 “다양한 응용 분야에서 전고체 전지 상용화를 앞당길 수 있는 차세대 핵심기술이 될 것으로 기대한다”고 밝혔다.
한편 이번 논문은 2025년 4월 재료과학 분야 국제 학술지 ‘Nano-Micro Letters (IF: 31.6)’에 게재됐다.
이번 연구는 화학연 기본사업 및 과학기술정보통신부 한국연구재단 과학기술분야 기초연구지원사업의 지원을 받아 수행됐다.
조정민 기자 jeongmin@cctoday.co.kr