대량생산시 안전한 친환경 전기차 배터리로 활용 가능

국내 연구진이 ‘안 터지는’ 안전한 배터리의 불안전성을 탄소나노소재를 이용해 해결해 주목받고 있다.

한국전기연구원 차세대전지연구센터 연구진은 전고체전지의 고체전해질과 탄소와의 계면 불안전성 원인을 밝혀내고 탄소나노소재를 이용해 이를 해결하는데 성공했다고 29일 밝혔다. 이번 연구결과는 재료분야 국제학술지 ‘스몰’ 최신호에 실렸다.

전고체전지는 액체전해질 대신 전극과 전해질을 모두 고체로 만들어 전해액 누출로 화재나 폭발 위험성을 제거한 차세대 전지이다. 문제는 전지를 구성하는 요소들이 모두 고체입자여서 입자간 계면 안정성이 떨어져 효율이 낮아진다는 점이다. 이 때문에 많은 연구자들이 전고체전지의 계면 안정성을 위한 연구를 다각도로 진행하고 있는 가운데 전자 흐름을 돕는 탄소전도재가 원인으로 지목받고 있지만 아직 명확한 원인과 해결책이 나오지는 않은 상태이다.

연구팀은 탄소전도재 표면에 화학반응에 관여하는 많은 작용기들이 전기화학 반응 중 사라진다는 사실을 밝혀냈다. 또 반응 과정에서 부산물 반응으로 만들어지는 물질이 기체형태로 방출되면서 계면 안정성이 떨어뜨린다는 사실도 확인했다.

연구팀은 작용기를 없애면 탄소전도재의 기능을 높일 수 있다는 점에 착안해 2400도의 고온 열처리 공정을 통해 작용기가 존재하지 않는 중공(中空) 나노탄소소재를 개발했다. 이번에 개발한 나노탄소소재를 사용하면 계면 안정성이 확보돼 전기전도성이 기존에 비해 250% 정도 향상돼 전지의 성능을 획기적으로 높일 수 있다고 연구팀은 설명했다.

김병곤 전기연구원 박사는 “이번 연구는 고체전해질과 탄소 계면의 부반응 원인을 규명하고 이를 기반으로 한 해결책을 제시했다는데 큰 의미가 있다”며 “추가적인 연구를 통해 전고체전지용 도전재를 쉽고 값싸게 대량 생산하게 되면 폭발 위험이 적고 효율이 좋은 전고체전지를 친환경 전기차에도 장착해 사용할 수 있을 것”이라고 말했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr