[더테크 이지영 기자] 한국전기연구원(KERI) 차세대전지연구센터 하윤철 박사팀이 전고체전지용 황화물계 고체전해질을 더 빠르고, 품질 좋게 만드는 ‘업그레이드형 공침법’을 개발했다고 10일 밝혔다. 전고체전지는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 ‘전해질’을 액체가 아닌, 화재나 폭발의 위험성이 극히 낮은 고체로 대체한 것이다. 하윤철 박사팀은 지난 2021년, 고가의 황화리튬 없이 원료들을 한꺼번에 용기에 넣어 용액 공정으로 고체전해질을 대량으로 제조하는 ‘공침법’을 제안해 큰 주목을 받은 바 있다. 기존 방식 대비 원료비를 대폭 절감하고, 고에너지 밀링이나 증발공정이 필요 없는 획기적인 기술로, 국내 전기·전자재료 전문 기업인 ㈜대주전자재료에 기술이 이전됐다. 이후에도 KERI는 한국과학기술원(KAIST), ㈜대주전자재료 등과 후속 연구를 진행했고, 용해·공침 현상의 상세 메커니즘 규명을 통해 고체전해질 생산 시간 단축과 품질을 획기적으로 개선할 수 있는 최적화된 업그레이드형 공침법을 개발하는 데 성공했다. 공침법은 원료를 고르게 용액 속에 녹여내고, 이를 침전시킨 후 필터로 걸러내는 과정이 핵심이다. 하윤철 박사팀은 먼저 리튬과 황, 촉매를 적정 비율
[더테크=조재호 기자] 한국전기연구원의 전고체전지 상용화 기술 연구가 국제 저명 학술지의 논문으로 게재됐다. 폭발과 화재 위험이 없는 전고체전지 상용화에 한 걸음 더 다가섰다. 한국전기연구원(KERI)의 차세대전지연구센터는 박준우 박사 연구팀이 ‘고체전해질 입도 제어 및 습식 합성 공정’ 기술을 개발했다고 18일 밝혔다. 이번에 개발된 공정은 기존보다 비용은 절반 이하로 줄이고 결과물의 품질은 2배 이상 높였다. 전고체전지는 양극(+)과 음극(-) 사이의 이온을 전달하는 ‘전해질’을 액체가 아닌 고체로 대체한 것으로 화재나 폭발 위험성이 낮다. 하지만 고체전해질이 전고체전지에 활용하려면 입자 크기가 머리카랅 굵기의 1/100에 해당하는 마이크로미터(㎛) 수준으로 매우 작아야 한다. 이번 연구 성과는 단순히 공정만으로도 미세하고 이온 전도도까지 높은 고체전해질을 대량으로 양산할 수 있는 생산 기술을 개발한 것이다. 연구팀은 황화리튬 등 미세한 원재로를 도입하고 각각의 물질이 화학적으로 반응하는 ‘핵 생성(Nucleation)’ 속도를 제어해 최종 생성물의 입도를 줄이는 방법을 활용했다. 요컨대 복잡한 과정 없이 간단한 습식 합성 공정으로 미세한 고체전해질을 제
[더테크=조재호 기자] 한국과학기술연구원이 공동연구를 통해 새로운 고체 전해질을 개발했다. 현재 리튬이온전지에 쓰이지만 화재나 폭발 등에 취약한 액체 전해질의 대안으로 상용화까지 진행될 수 있을지 관심이 모인다. 한국과학기술연구원(KIST)은 에너지저장연구센터 류승호 박사와 과학계산센터 한상수 박사, Lawrence Livermore National Laboratory(이하, LLNL) Brandon Wood 박사 공동 연구팀이 새로운 고체 전해질을 개발했다고 25일 밝혔다. 이번에 개발한 고체 전해질은 계산과학을 통해 불소(F)가 치환된 고전압 안정형 염화물계 고체 전해질이다. LLNL은 미국 국가핵안전관리처 산하의 국가연구소로 우수한 슈퍼컴퓨팅 시설을 보유하고 있으며 지난 2019년부터 KIST와 이차전지 분야에서 공동연구를 수행 중이다. 공동 연구팀은 염화물계 고체 전해질 (Li3MCl6)의 고전압 안정성 높이기 위해 화학적 결합력 강한 불소(F)가 치환된 염화물계 고체 전해질(Li3MCl5F)의 최적 조성 및 설계 원리를 제시했다. KIST에서 수립된 염화물계 고체 전해질의 안정성 향상 전략을 LLNL에서 슈퍼컴퓨터를 활용해 결과를 계산하고 이를 다시
[더테크=조재호 기자] 카이스트는 기계공학과 이강택 교수 연구팀이 미국 메릴랜드 대학의 에릭 왁스만(Eric Wachsman) 교수 연구팀과 공동연구를 통해 기존 소재 대비 전도성이 140배 높은 산소 이온 전도성 고체전해질 개발에 성공했다고 22일 밝혔다. 산소 이온성 고체전해질은 이산화탄소 배출이 없는 청정 에너지원으로 각광받는 그린수소를 생산하고 활용하는 연료전지, 수전해 전지, 촉매 분야에 널리 사용되는 소재다. 궁극적인 청정 에너지원으로 각광받고 있지만 700°C 고온에서 활용되어 비용 문제를 비롯해 열충격이나 소재 응집 문제 등으로 해결 과제가 남아있다. 이번에 개발한 신소재는 비스무트 산화물 기반으로 400°C에서 기존 지르코니아 소재의 700°C에 해당하는 높은 전도성을 보이며 중저온(600°C) 영역대에서 140배 이상 높은 이온 전도를 기록했다. 이 교수는 “이번 연구에서 개발된 산소 이온 전도체 신소재는 중저온 영역대에서도 안정적으로 높은 전도도를 유지할 수 있어 세라믹 소자의 작동온도를 획기적으로 낮추는데 기여할 것으로 기대된다”며 “탄소중립 실현을 위해 에너지·환경 소자 상용화에 기술을 적용할 수 있을 것”이라며 연구의 의미를 강조했다
[더테크=조명의 기자] 국내 연구진이 화재나 폭발 위험성이 낮은 전고체전지의 고체전해질을 저렴한 가격으로 대량 생산할 수 있는 원천기술을 개발했다. 그간 전고체전지는 높은 단가와 제조공정 및 양산화의 어려움 등으로 인해 상용화에 어려움을 겪어 왔다. 한국전기연구원(KERI)은 이차전지연구단 박준호 박사팀이 비싼 황화리튬은 물론, 첨가제 없이 고순도 고체전해질을 제조할 수 있는 간단 합성법을 개발했다고 15일 밝혔다. 고체전해질 제조법은 고에너지 볼 밀링(ball milling) 공정을 통한 건식 합성법과 용액의 화학 반응을 활용하는 습식 합성법이 있다. 연구팀은 공정의 스케일업 및 양산화 관점에서 유리한 습식 합성법에 집중했고, 용매 내에서의 최적 합성 반응을 통해 고순도의 고체전해질을 제조하는 데 성공했다. 해당 연구성과는 고가의 황화리튬(Li2S)을 사용하지 않아도 된다는 점에서 의미가 크다. 황화리튬은 고제전해질 제조를 위해 투입되는 시작물질 비용의 95%를 차지할 정도로 비싸다. 또한 습식 합성과정에서 황화리튬이 미반응 불순물로 남아 셀 성능 저하의 원인이 되는 경우도 종종 발생한다. 황화리튬을 사용하지 않는 합성법이 있지만, 고가의 첨가제를 추가로
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