이를 통해 안전하면서도 성능이 높은 전고체배터리 조기 상용화에 큰 도움이 될 전망이다.

21일 ETRI에 따르면 이번에 개발한 고체 전해질막은 황화물계 고체 전해질과 고분자 직물 지지체를 활용해 기존 펠릿 형태 대비 10배 이상 얇고 6배 높은 에너지밀도를 가졌다.

본 성과는 세계적인 학술지인 ‘ACS 응용 재료·인터페이스(ACS Applied Materials & Interfaces)’에 게재되며 우수성을 입증받았다.

전고체배터리는 배터리의 핵심구성요소인 전해질을 기존 가연성의 액체 형태에서 고체 형태로 대체해 누출이나 화재로 인한 위험성을 원천적으로 방지한다.

기존 전고체배터리 연구에서는 고체 전해질 입자에 압력을 가하거나 소결하는 공정을 거쳐, 수백 마이크로미터(μm) 두께의 펠릿 형태로 제조하는 것이 일반적이었다.

하지만 깨지기 쉬워 이를 적용한 배터리 셀에 유연성을 부여하기 어렵고, 두께가 두꺼워져 셀의 에너지밀도가 기대와는 달리 낮아지는 한계가 있어 상용화에 걸림돌이 되어 왔다.

이를 극복하기 위해 ETRI는 우수한 이온전도도를 갖는 황화물계 고체 전해질과 기계적 강도가 우수한 고분자 직물 지지체를 활용해 얇은 고체 전해질막을 개발하는 데 성공했다. 또 대면적화가 용이한 습식공정 기술을 개발해 우수한 성능과 동기에 기계적 강도, 유연성까지 확보했다.

이번에 개발한 고체 전해질은 기존 펠릿 형태의 고체 전해질 대비 두께가 10배 이상 감소하고 이온전도 특성은 2배 증가했다.

이로써 ETRI의 고체 전해질이 적용된 모노 셀의 출력 특성이 20% 향상됐고 부피당 에너지밀도도 기존 대비 6배 증가했다. 또 고온 노출 시험과 고전압 시험 등을 통해 우수한 안정성을 입증했다.

ETRI는 용량이 높으면서도 다양한 형태로 유연하게 다변화할 수 있는 차세대 전고체배터리의 상용화를 선도할 것으로 기대하고 있다.

이번 연구를 주도한 강석훈 선임연구원은 “그동안 고체 전해질을 최종 셀에 적용하는 데 공정적 한계가 있었는데 해당 연구에서 개발한 고체 전해질막은 적용된 배터리 셀의 에너지밀도를 획기적으로 높여 전고체배터리의 상용화 가능성을 크게 높일 것으로 기대된다”고 말했다.

ETRI는 이번 연구개발 내용을 바탕으로 다양한 기재의 지지체 구조를 확대 적용하는 한편, 고체 전해질막의 추가 이온전도 특성 향상 및 분리막 수준의 박막화를 통해 기존 전지 셀 제조방식에 호환이 가능한 고체 전해질막 연구를 지속적으로 수행할 예정이다.