[진주=뉴시스] 정경규 기자 = 전기자동차(EV), 에너지저장장치(ESS) 및 항공 모빌리티 산업의 급속한 성장과 함께 고에너지·고출력 밀도를 동시에 만족하는 차세대 전지 기술이 핵심 경쟁력으로 부상하고 있다.

경상국립대학교 공과대학 나노신소재공학부 성재경 교수 연구팀은 17일, 황화물계 전고체전지에서 실리콘 음극재의 고출력·고속충전 한계와 저하 요인을 심층 분석하고 이를 극복하기 위한 설계 전략을 발표했다.

연구팀은 최근 보고된 실험 및 문헌 데이터를 종합 분석해, 실리콘 음극재 기반 황화물계 전고체전지의 고출력·고속충전을 제한하는 주요 요인을 ▲실리콘 음극재–고체전해질 반응 ▲이온·전자 전달의 불균형 ▲전극 내부 응력 축적 ▲스택 압력 의존성 등으로 구체화했다.

이어 ▲실리콘 입자 크기 및 형상 제어 ▲고체 전해질의 입도, 결정 및 조성 최적화 ▲복합전극 내 전하 수송 경로 설계 ▲전도성 중간막 및 집전체 표면공학 등 전극·전해질·계면 수준의 다층적 최적화 전략을 제시했다.

제1저자인 대학원생 김석진 씨는 “황화물계 전해질은 높은 이온전도도와 유연성을 바탕으로 실리콘 전극 안정화에 유리하지만, 여전히 부피 변화로 인한 미세 접촉 손실과 계면 저항 누적이 고출력·고속충전을 제약하고 있다”며 “이번 논문은 이러한 병목 현상을 정량·정성적으로 분석하고, 소재–전극–셀 설계의 통합적 방향을 제시한 리뷰라는 점에서 의미가 크다”고 말했다.

이번 연구는 황화물계 전고체 실리콘 음극재 기반 전지의 고출력·고속충전 구현을 위한 종합적 관점과 구체적 설계 로드맵을 제시함으로써, 향후 폭발 없는 안전한 전기차 및 대형 에너지저장시스템 분야의 실용화를 앞당길 핵심 기초자료로 평가된다.

논문은 국제 우수 학술지 '어드밴스드 에너지 머터리얼스'(IF: 26.0, JCR: 2.1%)에 ‘실리콘 기반 전고체전지의 고출력 구현을 위한 한계 분석과 설계 방향’이라는 제목으로 지난 10일 사전 게재됐다.


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