경희대학교 융합바이오신소재공학과 이정태·유정목 교수 연구팀이 차세대 기술로 주목받는 리튬금속 배터리의 상용화 가능성을 제시했다. 리튬금속배터리는 현재 전기차, 에너지 저장 시스템에 사용되는 리튬 이온 배터리보다 약 40% 높은 에너지 밀도를 가지고 있지만, 덴드라이트라는 뾰족한 결정이 자라며 배터리 성능이 떨어지고, 폭발 위험까지 있어 상용화에 어려움을 겪고 있다. 이러한 상황에서 이정태 교수 연구팀은 새로운 첨가제(PES)를 적용해 리튬 금속 배터리의 안정성과 성능을 동시에 높이는 기술을 개발했다. 연구 결과는 세계적인 학술지 ‘Chemical Engineering Journal’에 3월 온라인 게재됐다. 액체 전해질에서 PES 같은 화합물은 배터리 충·방전 과정에서 화학적으로 변하며 성능을 향상시키는 것으로 알려졌다. 연구팀은 고체 전해질에서 PES가 구조를 유지하면서도 배터리 성능을 높인다는 새로운 사실을 발견했다. 특히 상온에서 PES가 리튬 이온의 이동을 도와 배터리 충전 속도를 높이며 덴드라이트 결정 생성을 억제해 배터리 수명을 늘리는 것으로 관측됐다. 실험 결과 PES가 첨가된 고체 전해질은 높은 이온 이동 속도를 보였고, 5.5V의 높은 전압에
SK온이 미국 전고체 배터리 기업인 솔리드파워와 파트너십을 강화한다. 이를 토대로 '꿈의 배터리'로 불리는 전고체 배터리 개발에 한층 속도가 붙을 것으로 기대된다. SK온은 세계 최대 가전·IT 전시회 'CES 2024'가 열리던 지난 10일(현지시간) 미국 라스베이거스 컨벤션센터에서 솔리드파워와 기술 이전 협약을 맺었다고 17일 밝혔다. 체결식에는 성민석 SK온 최고사업책임자(CCO)와 존 반 스코터 솔리드파워 최고경영자(CEO) 등이 참석했다. SK온은 이번 협약에 따라 솔리드파워가 보유한 전고체 배터리 셀 설계와 파일럿(시험생산) 라인 공정 관련 기술을 연구 개발에 활용할 수 있게 된다. 솔리드파워는 SK온에 황화물계 고체전해질을 공급하고 안정성과 성능이 뛰어난 전고체 배터리 개발을 도울 예정이다. 이를 통해 SK온은 2025년까지 대전 배터리 연구원에 전고체 배터리 파일럿 라인을 구축할 계획이다. SK온은 자사가 보유한 기술과 노하우에 솔리드파워의 황화물계 고체전해질과 셀 기술을 접목시켜 수명과 에너지 밀도 등 성능을 대폭 강화한 전고체 배터리를 개발한다는 계획이다. 양사는 전고체 배터리 개발 이후 상용화를 위한 협력도 이어갈 방침이다. SK온은 20
당장 상용화 어렵지만 가연성 현저히 줄여 화재 위험 낮춘 차세대 배터리로 기대 삼성SDI, 올해 상반기 6500㎡ 파일럿 라인 최초로 구축…하반기부터 시생산 시작 SK온, 산학협력으로 산화물계 고체 전해질 개발…2028년 상용화 목표 꿈의 배터리라고 불리는 전고체 배터리는 기존 전지의 분리막과 액체 전해질 조합을 고체 전해질로 대체한 차세대 이차전지다. 전고체 배터리는 현재까지는 기술 부족 등 한계로 상용화가 어려운 것으로 여겨지지만, 유기용매를 쓰지 않아 가연성이 현저히 줄어들기 때문에, 화재 위험을 큰 폭으로 줄일 수 있는 차세대 배터리로 기대를 모으고 있다. 국내 이차전지 제조사들은 현재 집중하고 있는 NCM, NCA 등 삼원계 배터리의 고도화와 중국 시장에 맞설 중저가 보급형 배터리 개발에 집중하는 한편, 먼 미래 시장을 내다보며 전고체 배터리 개발에도 힘쓰고 있다. 국내 기업 중 가장 앞선 것으로 평가되는 기업은 삼성SDI으로, 2027년 전고체 배터리를 상용화하겠다는 다소 도전적인 목표를 제시했다. 황화물계 전고체 배터리 개발에 집중하고 있는 삼성SDI는 음극 없이 양극만으로 배터리를 만드는 ‘무(無)음극 기술’을 세계 최초로 개발, 최고 수준의
국내 연구진이 값싼 친환경 소재인 프러시안계 물질을 사용한 고체 전해질을 개발했다. 고체 전해질의 비싼 가격과 환경 문제 등을 동시에 해결해 전고체 배터리 상용화를 앞당길 수 있을지에 귀추가 주목된다. UNIST 에너지화학공학과 이현욱, 정성균 교수팀과 KAIST 서동화 교수팀은 상온에서도 구동하는 전고체 나트륨 이차전지를 개발했다. 친환경 물질인 프러시안계 물질(Prussian Blue analogues, PBAs)을 고체 전해질로 사용했다. 프러시안계 물질은 18세기부터 사용된 청색 염료 물질 중 하나로 청바지의 염료로 사용된다. 친환경 물질인 PBAs는 나트륨 이차전지의 핵심소재인 양극활물질(양극재)로 흔히 쓰인다. 이온이 이동할 수 있는 넓은 이온 전도 채널을 가지며 쉽게 합성 가능하다. 구조적으로 안정하고 값 또한 싸다. 이런 장점과 더불어 전이 금속에 따라 그 특성까지 달라져 많은 주목을 받고있다. 연구팀은 PBAs의 고유 특성이 이온 전도도를 높일 수 있다고 판단했다. 전이 금속의 종류를 변경하면서 이온 전도의 변화 추이를 관찰했다. 이를 통해 전이 금속의 크기에 따라 이온 채널의 크기가 달라지는 것을 확인했다. 큰 이온 채널을 가진 물질은 높은
차세대융합기술연구원(융기원)은 융기원 경기도반도체혁신센터 전옥성 박사와 경기대 박상윤 교수 연구팀이 저습 및 저온 환경에서도 우수한 성능을 유지하는 이차전지 기술을 개발했다고 19일 밝혔다. 이차전지는 전기 에너지를 화학 에너지로 변환해 저장하고, 필요할 때 다시 전기 에너지로 변환해 사용할 수 있는 충전 가능한 전지로, 휴대전화·노트북·전기자동차 등 다양한 기기와 시스템에서 사용되고 있다. 전지는 양극·음극·전해질·격리판 등 4개로 구성되는데, 액상 전해질을 사용하는 경우 전해질 건조 문제와 누액 문제로 한계가 있고, 고체상태 전해질을 사용하는 경우에는 성능과 내구성이 저하될 수 있다. 특히 아연-공기 전지는 대기 중의 산소를 연료로 활용해 안정성·경제성·친환경성을 갖춘 차세대 에너지 저장 장치로 주목받고 있으나, 공기극 부분이 외부 공기와 직접적으로 접촉되고 산소를 자유롭게 공급받을 수 있는 개방형 구조로 돼 있어 전해질 내의 수분이 증발하고 전지의 수명을 감소시키는 문제가 있다. 공동 연구팀은 이를 해결하고자 고체에서 액체로 변형이 가능한 반죽 형태의 고체 전해질을 단순한 혼합을 통해 제조하는 데 성공했다. 새로운 전해질은 저습 환경에서 대기 중의 수분
SNE리서치가 조사한 '이차전지 고체 전해질 수요 및 규모 전망' SNE리서치가 전 세계 이차전지용 고체 전해질 수요를 예측한 결과, 2025년 350톤, 2028년 1만7500톤, 2030년 7만6000톤으로 나타났다. 금액 규모는 2025년 USD 기준 141백만달러(0.2조원), 2028년 1750백만달러(2.1조원), 2030년 3800백만달러(4.6조원)다. 이는 2022년 12백만달러(145억원) 기준 각각 12배, 146배, 317배 수준이다. 국내 주요 배터리 업체 3사의 경우, 2025년 70톤, 2030년 1만3680천톤을 소요할 것으로 전망된다. 대용량 리튬이온배터리의 안전성 확보를 위해선 고체 전해질을 적용한 전고체 이차전지의 개발이 필수적이다. 최근 일본 및 미국, 중국에서도 본격적으로 연구에 착수하고 있어 상용화에 대한 기대감이 높아지고 있다. 2030년 기준, 전고체 전지가 적용될 것으로 예상되는 비율은 소형 IT기기 시장이 11.0%, 전기차 시장이 3.1%, ESS 시장이 0.3% 수준으로 전망되며, 시장 크기는 각각 18GWh, 116GWh, 1GWh 수준이 될 것으로 보인다. 전고체 전지 생산은 일본 도요타 등과 한국 업체들
약 2000평 규모로 파일럿 라인 구축...전고체 전지 제조공정 도입 삼성SDI가 경기도 수원시 영통구에 위치한 SDI연구소 내에 전고체 전지 파일럿 라인(이하 S라인)을 착공했다고 14일 밝혔다. 삼성SDI는 전고체 전지 파일럿 라인의 이름을 Solid(고체), Sole(독보적인), Samsung SDI의 앞 글자를 따 'S라인'이라 명명했다. S라인은 약 6500㎡(약 2000평) 규모로 구축된다. 전고체 전지는 리튬이온전지의 핵심 소재 중 하나인 전해질이 액체가 아닌 고체인 전지로, 유기 용매가 없으므로 불이 붙지 않아 안전성이 향상되고, 음극을 흑연/실리콘 대신 리튬 금속을 적용해 에너지밀도를 향상시킬 수 있다. 삼성SDI는 'S라인'을 통해 기존 업계 최고 수준의 전고체 전지 연구 성과와 더불어 생산 기술까지 단번에 확보해 나갈 방침이다. 'S라인'은 삼성SDI가 내세우는 전고체 전지 제조를 위한 전용 설비들로 채워진다. 전고체 전지 전용 극판 및 고체 전해질 공정 설비, 전지 내부의 이온 전달이 원활히 이뤄지도록 만들어주는 셀 조립 설비를 비롯한 신규 공법과 인프라를 도입할 예정이다. 삼성SDI는 그동안 고체 전해질 설계와 합성에 성공해 전고체 전
헬로티 이동재 기자 | 전기자동차 및 에너지저장시스템(ESS)의 시장이 급속도로 성장함에 따라 리튬이온전지의 수요가 폭발적으로 증가하고 있다. 기존의 리튬이온전지는 가연성의 액체 전해질을 이용하고 있어 안전성에 논란이 있으며, 최근 이로 인한 화재 및 폭발 사고가 지속해서 보고된 바 있다. 이 때문에 비가연성의 고체 전해질을 이용한 리튬전고체전지가 화재 및 폭발 위험성이 없는 차세대 이차전지로 주목을 받고 있지만, 고체 전해질은 액체 전해질과 비교해 리튬의 이온 전도도가 낮다는 문제점이 있다. 액체 전해질의 이온전도도에 상응하는 다양한 리튬전고체전지의 고체 전해질 후보물질들이 속속 보고되고 있는 가운데 황화물계 고체 전해질은 상대적으로 높은 이온 전도도를 보여 소재 및 합성 공정 개선을 위한 연구가 시도되고 있다. 그런데, 황화물계 고체 전해질의 경우 대기 노출시 수분과 반응하여 유독한 황화수소(H2S) 가스를 발생시키는 문제가 있어, 이를 해결하기 위한 연구 또한 함께 진행되어야 했다. 한국과학기술연구원(KIST) 류승호 박사팀은 고이온전도성 황화물계 고체 전해질 중 하나인 아지로다이트(Argyrodite) 고체 전해질 소재 내부에 안티모니(Sb)와 게르마
헬로티 함수미 기자 | 국내 연구진이 지난해 새로운 전고체(All-Solid-State) 이차전지용 음극 구조를 개발한 데 이어 양극 구조까지 개발하는 데 성공했다. 본 기술은 안전하면서도 성능이 높은 전고체 이차전지를 구현하는 데 큰 도움이 될 전망이다. 한국전자통신연구원(ETRI)은 고체 전해질 없이 활물질로 이황화티타늄(TiS2)만을 사용해 양극을 구성하는 새로운 전극 구조를 개발했다고 밝혔다. 본 성과는 지난달 '에너지 스토리지 머티리얼즈' 학술지에 온라인으로 등재되며 우수성을 입증받았다. 전고체 이차전지는 배터리에서 이온을 전달하는 전해질로 고체를 적용한 차세대 전지다. 고체 전해질은 가연성이 있는 액체 전해질보다 화재로부터 안전하다. 또한, 리튬이온전지에서는 구현이 불가한 바이폴라형 이차전지를 만들 수 있어 에너지 밀도 향상에도 유리하다. 전고체 이차전지의 양극은 주로 전자 전도를 담당하는 도전재, 이온 전도를 담당하는 고체 전해질, 에너지 저장을 담당하는 활물질, 그리고 이들을 물리적, 화학적으로 잡아주는 바인더로 구성된다. 전극 안에서 리튬이온이 원활하게 이동하도록 만들기 위해서는 고체 전해질이 꼭 필요했다. 하지만 고체 전해질 구성비가 늘어나
[헬로티] 국내 연구진이 수소차에 쓰이는 연료전지인 양성자 교환막 연료전지의 전해질막 소재를 개발했다. UNIST 화학과 나명수·백승빈·김영삼 교수 공동연구팀은 수소 이온 전도성이 뛰어난 연료전지용 전해질막 소재를 개발했다. 이 소재는 일반 고분자 전해질 소재와 달리 금속과 유기물이 혼합된 금속-유기 골격체(MOF : Metal–organic framework)로 이뤄졌다. 연구팀은 전해질의 수소 이온 전도도를 높이는 원리까지 밝혀내 향후 고성능 다공성 고체 전해질을 설계하는 데 도움이 될 전망이다. 수소연료전지는 수소와 공기 중 산소를 이용해 화학반응을 일으켜 전기를 생산하는 장치로, 부산물로 물만 나오는 친환경 발전장치다. 두 개의 전극과 양 전극 사이에서 수소 이온을 통과(수소 이온 전도)시키는 전해질막으로 이뤄졌다. 이 전해질막의 수소 이온 전도도는 화학반응 속도에 영향을 줘 연료전지 효율을 결정한다. 연구팀은 금속과 유기물이 결합해 다공성 골격구조체를 이루는 MOF로 60℃에서 10-2 S(지멘스)/cm 이상의 수소 이온 전도도를 지닌 전해질 소재를 개발해냈다. MOF의 한 종류인 MOF-808에 아미노술폰산이온을 첨가(손님분자)해 만들었다. MOF
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