울산대, 고성능 전고체전지용 황화물 고체전해질 개발

[울산=뉴시스]구미현 기자 = 전기화학적 성능이 크게 개선된 전고체전지용 황화물계 고체전해질이 개발됐다. 이 기술은 미래형 전기자동차에 적용될 수 있는 최첨단 기술로 평가된다.

울산대학교는 스마트소재소자 연구실 류광선 교수 연구팀이 저온 처리의 간단한 볼 밀링 공정을 통해 황화물 고체전해질을 개발했다고 4일 밝혔다.

류 교수팀은 라제시 라자고팔 연구교수, 포항산업과학기술원(RIST)의 강성 박사, 박정재 박사와 공동으로 이번 연구를 진행했다.
 
류광선 교수 연구팀은 우수한 에너지 저장 소재 개발로 국내를 대표하는 연구팀 중 하나로, 2019년부터 고체전해질 및 전고체전지 개발 분야에서 광범위한 연구를 수행해왔다.
 
최근 연구자들은 화재 및 폭발 위험이 없는 무기 불연성 고체전해질을 사용한 전고체전지 연구에 집중하고 있다. 특히 황화물 기반의 Li2S-P2S5-LiX 계열 고체전해질은 이온전도성이 우수하여 상용 유기액체전해질과 경쟁력이 있다. 따라서 이 전해질의 전기화학적 안정성과 전극-전해질 호환성을 높이는 연구가 활발히 진행되고 있다.
 
이번 연구에서는 Li7P2S8I형 전고체전지용 고체전해질의 이온전도도와 전기화학적 안정성을 향상시키기 위해 금속 할로겐화물 도핑의 최적 구성과 설계 원리를 적용했다. 또 저온 처리(200도)를 통해 간단하고 시간을 절약할 수 있는 전략을 채택한 결과, 이온전도도가 3.96 mS/㎝에서 7.77 mS/㎝로 증가했다.

제안된 고체전해질은 전기화학 반응 중 전해질-리튬 금속 계면에서 금속-리튬 합금이 생성되어 리튬 금속 음극에 대한 높은 안정성을 나타냈다. 개발된 금속-리튬 합금은 리튬 수상 돌기의 성장을 제어할 수 있다.

류광선 교수는 "이번 연구는 금속할라이드가 도핑된 고체전해질의 새로운 설계 원리를 제공함으로써 불연성 전고체전지의 상용화를 앞당길 수 있을 것“이라며 ”새로운 고체전해질 개발과 전고체전지 개발을 위한 최첨단 연구"라고 말했다.

한편 이번 연구는 한국연구재단이 지원하는 중견연구과제와 대학중점연구소 사업으로 수행됐으며, 결과를 포함한 특허는 현재 국내와 해외에 등록됐거나 출원 중이다. 연구 성과는 지난 15일 재료분야 학술지 커뮤니케이션즈 머티리얼스'에 게재됐다.


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