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전기연구원, ‘나노탄소 도전재’ 개발

전고체전지 불안정성 해결
고성능 전기차 실현 계기될 듯

  • 기사입력 : 2019-04-29 22:00:00
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  • 국내 연구진이 폭발 위험이 없는 안전한 배터리인 ‘전고체전지’의 계면저항 문제의 원인을 밝히고, 이를 극복하는 새로운 소재를 개발했다. 고성능 전기차를 실현할 안전한 이차전지의 새로운 계기가 될 것으로 보인다.

    창원시 성산구 한국전기연구원(KERI, 원장 최규하)은 차세대전지연구센터 연구진(담당: 과제책임자 이상민 센터장, 교신저자 김병곤 박사, 1저자 박상욱 석사과정생)이 전고체전지 내 고체전해질과 탄소와의 계면 불안정성 원인을 밝히고, 이를 극복하는 ‘나노탄소 도전재’를 개발했다고 29일 밝혔다.

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    나노탄소 도전재 개발에 성공한 연구진. 왼쪽부터 박상욱 석사과정생(1저자), 김병곤 박사(교신저자), 이상민 센터장(과제책임자)./전기연구원/

    전고체전지란 불에 잘 붙는 액체전해질 대신 전극과 전해질을 모두 고체로 만들어 전해액 누출에 따른 화재 및 폭발 위험성을 제거한 차세대 전지다. 하지만 전고체전지는 전지를 구성하는 고체화된 입자 때문에, 성능을 높이기 위해서는 입자 간의 계면 안정성이 매우 중요하지만 이에 대한 해결책을 찾지 못했다.

    이에 KERI 연구팀은 비정질의 탄소 표면에 존재하는 다수 작용기가 황화물 고체전해질과의 부반응에 직접적인 영향을 미친다는 사실을 최초로 규명했다. 탄소 표면에는 수많은 작용기(탄소의 성질을 결정짓고 실질적으로 화학반응에 관여하는 원자단)가 존재한다. 이를 통해 작용기와 부반응 간의 연결고리를 밝혀내고, 이를 기반으로 고체전해질과 탄소 간 계면 안정성을 높일 수 있는 방법을 찾아낸 것이다.

    연구팀은 또한 ‘작용기가 없으면 탄소도전재의 기능을 획기적으로 높일 수 있다’는 분석을 기반으로, 열 공정을 통해 새로운 형태의 도전재인 ‘중공(hollow) 나노탄소’ 개발에도 성공했다.

    이 나노탄소를 도전재로 사용하게 되면 계면에서의 전기화학적 부반응의 감소는 물론이고 부반응으로 형성되는 절연성 물질의 형성을 줄일 수 있고 기존 비정질 탄소 대비 250%가량 향상된 전기 전도성을 확보할 수 있어 전지의 성능을 대폭 높일 수 있는 것으로 나타났다.

    이명용 기자

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