한국전자기술연구원(KETI, 원장 신희동)은 전고체전지의 양극내 활물질 함량 증가시 발생하는 전극 특성 저하의 원인을 규명하고, 이를 해결하는 도전재 제어기술을 개발했다고 17일 밝혔다.

도전재는 양극과 음극 활물질 사이에서 전자 이동을 촉진시키는 데 도움을 주는 물질이다. 전고체전지는 기존 리튬이온전지의 양극과 음극 사이를 채우고 있는 액체 전해질을 고체로 바꾼 전지다. 폭발 위험이 없어 안전성을 보장하면서도 기존 전지보다 에너지 밀도가 높아 차세대 이차전지 후보로 인정받고 있다.

KETI 차세대전지연구센터는 전극내 양극 활물질 함량을 세계 최고 수준인 90%로 높였을 경우 발생하는 전지 출력 및 수명 특성 저하의 원인을 정밀 분석했다.

조우석 박사 연구팀에 따르면 전극내 활물질 함량이 증가할 경우 고체전해질의 상대적인 부피 비율은 감소한다. 이 경우 고체전해질 영역 내에 분포돼 있는 구형 탄소 도전재 입자가 이온 전달을 방해함과 동시에 전해질과 탄소의 접촉 면적을 넓혀 산화 반응을 일으켰다.

특히 연구팀은 고체전해질의 산화현상이 전극저항을 증가시켰으며, 궁극적으로 전지의 열화(전지의 물리적 성능 저하)를 유발한다는 메커니즘을 확인했다. 이번 연구 결과는 재료과학 분야의 세계적인 저명 학술지인 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(IF=19.0) 최신호(2024년 7월)에 게재되는 성과도 달성했다.

이재호 기자 jhlee@naeil.com