한양대 ERICA 재료화학공학과 김종호 교수팀이 상온에서도 성공적으로 구동이 가능한 차세대 전고체 배터리의 고체 전해질을 개발했다고, 한양대가 14일 밝혔다.

꿈의 배터리로 불리는 “리튬메탈 전고체 배터리”는 에너지 밀도가 매우 높아 한 번 충전으로 장거리 주행이 가능해 전기차 분야에서 많은 주목을 받고 있다.

현재 리튬메탈 배터리에 사용되고 있는 액체 전해질은 셀의 손상을 가속화하는 부반응을 막지 못하고 과다한 전류가 흘러 화재 및 폭발 위험성이 매우 높아 배터리 상용화에 큰 걸림돌이 됐다. 하지만 고체 전해질이 장착된 전고체 배터리는 셀의 수명이 길고 고체라 화제 위험성이 없어 전기차의 안정성과 주행거리 확보가 동시에 가능하다.

김 교수팀은 ‘양쪽성 이온을 갖는 유기 골격체 (Zwitterionic Covalent Organic Framework, Zwitt-COF)’를 이용해 고체 전해질을 개발하고 리튬메탈 전고체 배터리에 성공적으로 적용하였다. 김교수팀은 다공성 유기 골격체를 양쪽성 이온으로 기능화하여 고체 전해질에서 리튬 이온이 잘 형성되고 빠르게 이동할 수 있게 해 상온에서의 이온전도도와 안정성을 획기적으로 높였다.

이렇게 개발된 고체 전해질이 사용된 전고체 배터리는 상온에서도 높은 에너지 밀도를 가졌으며, 반복적인 충전 및 방전 후에도 안정적인 성능을 유지하였다.

김교수는 “상온에서도 이온전도도가 높고 안정성이 뛰어난 고체 전해질이 삽입된 전고체 배터리를 사용하면 전기차의 화재 위험성을 크게 낮추고 한 번 충전으로 장거리 주행이 가능할 것”이라며 “이번 연구는 유기분자 제어를 통해 고체 전해질의 이온전도도를 크게 높여 차세대 고체 전해질 소재 개발에 새로운 방법을 제시했다”며 연구의 의의를 밝혔다.

이번 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 진행됐으며, 연구결과는 최상위 국제저명학술지인 ⌜Advanced Materials (IF 32.086)⌟에 6일 게재됐다.

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