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국내 연구진이 이온 전도성과 안정성이 높은 전고체 배터리를 개발했다는 소식입니다.

액체 전해질 배터리는 누출과 열에 의한 화학반응으로 인한 화재 사고 위험이 있고 고체 전해질 배터리는 안전성과 에너지 밀도를 높일수 있는 장점이 있지만 이온 전도도가 낮아 출력이 낮다는 한계가 있었습니다.

박문정 포스텍 화학과 교수 연구팀은 크기가 서로 다른 두 종류의 나노 입자가 격자 구조화된 이종 나노입자 전해질을 합성해 이온 전도성과 기계적 안정성을 동시에 향상시켰다고 밝혔고 이를 핵심 구성품으로 하는 전고체 리튬-황 배터리를 개발했습니다. 연구 결과는 국제 학술지 '머티리얼즈 호라이즌스'에 표지 논문으로 게재될 예정입니다.

리튬배터리에 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용하면 폭발의 위험은 낮아지지만 낮은 이온 전도성과 충전 속도가 문제로 이번연구에서 연구팀은 안과 밖의 분자구성이 다른 두 '코어-쉘 나노 입자'를 조립해 초격자 고체 전해질을 만들었습니다.

촘촘한 격자 구조로 리튬 이온이 지나가는 통로의 폭을 좁혀 이온이 흩어지지 않고, 잘 이동할 수 있도록 만든것으로 연구팀은 이 초격자 구조를 조절해 리튬 이온 수송에 최적화된 고체 전해질을 개발하는 데 성공했습니다.

실험 결과 연구팀이 개발한 고체 전해질 기반 전고체 배터리는 섭씨 25도에서 뛰어난 이온 전도도와 0.94에 이르는 리튬 전이율을 기록했고 25~150도의 넓은 온도 범위에서도 0.12 기가파스칼(GPa)의 높은 탄성계수를 보였습니다. 최대 6볼트(V)의 전압에서도 작동하는 등 우수한 물리·화학적 안정성을 보였고 200회 이상 사용된 후에도 1g당 600밀리암페어아워(mAh)로 높은 방전 용량을 유지하며 우수한 내구성과 효율을 나타냈습니다.

연구를 이끈 박문정 교수는 "액체 첨가제를 사용하지 않고 리튬-황 배터리에 고체 전해질을 성공적으로 적용한 것은 이번이 처음"이라며 "이번 연구가 미래의 리튬 배터리 연구에 큰 도움이 되길 바란다"고 말했습니다.