진주 세라믹기술원·아주대, 배터리용 新 설계 전략 개발

기존 리튬이온 배터리 대비 높은 안정성과 에너지 밀도 구현

국내 연구진이 차세대 배터리 시스템에 사용될 새로운 설계 전략을 개발했다.

전기차의 확산으로 높은 안정성과 에너지 밀도를 가진 배터리에 대한 요구가 높아지고 있어 차세대 배터리의 상용화에 기여할 수 있을 것으로 주목된다.

경남 진주 소재 한국세라믹기술원 최정현 박사와 아주대학교 조성범 교수 공동연구팀은 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 이공분야 우수신진연구사업과 브릿지융합기술개발사업 등의 지원을 통해 차세대 고체 배터리 시스템의 핵심인 고체 전해질 소재의 다성분계 도핑을 통한 새로운 조성 설계 전략을 개발했다고 18일 밝혔다.

▲한국세라믹기술원 전경. ⓒ세라믹기술원

에너지 저장 장치로서의 배터리는 우리의 일상생활에 필수적인 요소로 자리 잡았다. 특히 전기 자동차가 널리 보급·확산 되면서 높은 안정성과 에너지 밀도를 가진 배터리 시스템의 필요성이 높아지고 있다.

차세대 배터리 시스템 중 산화물계 기반 전고체 배터리는 기존에 널리 쓰이고 있는 리튬이온 배터리와 달리 고체 전해질을 사용 안정성과 에너지 밀도를 대폭 향상시킬 수 있다.

공동 연구팀은 AI와 모델링과 같은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 신규 조성을 설계했다. 해당 고체 전해질 배터리 소재의 개발을 위해 주기율표 상 다양한 원소의 신규 조합을 설계하고, 실험을 통해 저온 합성 및 상 안정화*가 가능함을 실증했다. 연구팀은 선정된 후보군에 대한 실험을 통해 기존 물질 대비 400℃ 낮은 온도에서 합성이 가능함을 확인했다.

한국세라믹기술원 에너지저장소재센터 최정현 박사는 “아주대 연구진의 조성 설계 기술과 한국세라믹기술원의 산화물계 고체전해질 합성 기술이 시너지를 내 의미 있는 연구 결과를 도출할 수 있었다”며 “연구결과를 바탕으로 IT 디바이스, 중대형 에너지 저장 시스템 등에 적용 가능한 기술을 지속적으로 개발해 나갈 계획이다”고 말했다.

아주대 조성범 교수는 “저온 공정이 가능해짐에 따라 배터리 생산 과정에서 에너지 소모를 줄이고 안정성과 가격 경쟁력을 높일 수 있을 것이다”며 “전고체 배터리의 상용화를 앞당겨 환경친화적인 에너지 저장 솔루션을 개발하는 데 기여할 수 있기를 기대한다”고 전했다.

이번 연구 성과는 화학공학 분야 세계 최고 수준의 학술지인 화학공학저널(Chemical Engineering Journal) 9월호에 게재됐다.