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일반적으로 2차전지는 전해질이 배터리의 양극과 음극으로 이온을 이동시키면서 전력이 발생한다. 전해질 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 배터리와 고체 전해질을 사용하는 전고체 배터리로 2차전지를 구분할 수 있다.
액체 전해질을 사용하는 리튬이온 배터리는 에너지 밀도가 높고 수명이 길다는 장점이 있다. 다만 외부 충격이나 변형으로 분리막이 손상되면 화재·폭발 위험이 있다.
전고체 배터리는 충·방전에 필요한 전해질을 고체로 사용하는 전지다. 분리막이 없기에 화재·폭발 위험성이 낮고 에너지 밀도가 높아 차세대 배터리로 불린다. 그러나 리튬 이온을 전달하는 이온전도 속도가 느리다는 점이 상용화의 걸림돌로 지적돼 왔다.
연구팀은 두 종류의 황화물계 고체 전해질인 황화물(황화리튬·오황화인·게르마늄이황화물)과 염화물(염화게르마늄·염화은)의 분말을 고열에서 합성해 높은 이온전도도를 보이는 고체 전해질을 개발했다. 연구팀이 개발한 고체 전해질은 기존 재료 대비 50~80%까지 향상된 이온전도도를 보였다. 이는 기존의 액체 전해질과 비슷한 이온전도 속도다.
최 교수는 “이번 연구는 전고체 배터리 개발에 걸림돌이 돼 왔던 이온전도도를 개선해 상용화를 앞당기는데 기여할 것으로 기대된다”며 “앞으로 고체 전해질의 안정성, 기계적 물성 등 다양한 특성들을 연구해 전고체 배터리에 최적화 시키는 연구를 수행해 나갈 것”이라고 밝혔다.
이번 연구는 한국연구재단의 선도연구센터 사업의 지원을 받아 수행했다. 연구 결과는 최근 에너지 분야 국제 저명 학술지(Carbon Energy)에 게재됐다.
