신원호 교수(전자재료) 연구팀, 차세대 전고체전지 핵심기술 개발

 

- 결정립계 비정질층 도입을 통한 산화물계 고체전해질 이온전도도 증대 조성 개발 -

- JCR 상위 0.84% 논문 Composite Part B: Engineering 게재 -

  광운대학교 전자재료공학과 신원호 교수 연구팀은 경상대학교 문경석 교수 연구팀과 공동연구를 통해 최근 전기차 시장에서 이슈로 부각되는 배터리 폭발사고의 위험을 해결하고자 산화물계 고체전해질 중 NASICON 구조인 Li1.5Al0.5Ti1.5(PO4)3(LATP)의 이온전도도 증대를 위한 입계 비정질층을 구현해 차세대 배터리 기술인 전고체전지의 고체전해질 핵심기술을 개발했다. 전고체전지는 기존 액체전해질을 고체로 전환해 안정성을 높인 차세대 배터리 기술로, 액체전해질을 대체할 수 있는 높은 이온전도도의 고체전해질 개발이 필요하다. NASICON 구조의 LATP는 우수한 이온전도도와 화학 및 환경적 안정성, 비용 효율성으로 차세대 전고체전지의 유망한 고체전해질 중 하나로 평가받고 있다. 이온전도도를 향상시키고 결정립계 구조를 제어하기 위해 신원호 교수 연구팀은 LATP 합성 중 GeO2를 도입해 LATP의 결정립계에서 자발적으로 비정질층을 형성시켜 이온전도도를 높이는 방법을 개발했다. 비정질 필름은 소결 중 액체상으로 결정립계를 따라 침투해 결정립 성장과 같은 미세 구조 진화의 동역학에서 중요한 역할을 할 뿐만 아니라 계면 이온전도도를 개선하는 역할을 한다. 신원호 교수 연구팀이 개발한 고체전해질은 8.92×10-4S/cm의 높은 이온전도도를 보여 기존 액체전해질과 별다른 차이를 보이지 않았는데, 이는 결정립계에서 Ge가 풍부한 비정질 상의 형성이 리튬 이온의 이동을 크게 향상시킨다는 것을 보여준다. 개발된 고체전해질을 이용해 신원호 교수 연구팀이 대칭 셀을 제작했으며, 액체전해질을 배제하고도 ~0.46V의 낮은 과전압으로 500시간 이상 안정적으로 작동되는 것이 확인됐다. 이는 Li 금속과 접촉해도 우수한 전기화학적 안정성을 보여주며 차세대 전고체전지의 핵심 고체전해질 기술로 활용될 것으로 기대된다. 이 연구는 한국연구재단 기초연구실개척형사업과 중견연구사업의 지원으로 수행됐으며 광운대학교 전자재료공학과 석사과정 신슬기, 강성현 학생이 제1저자로 참여했다. 연구결과는 공학분야 세계 최고 수준(JCR ranking 상위 0.84%)의 학술지 ‘Composites Part B : Engineering(IF: 13.1)’ 2024년 7월호에 게재됐다.  

(사진 왼쪽부터)제1저자로 참여한 신슬기, 강성현 석사과정 학생, 신원호 교수

  출처 : 광운대학교 최신연구성과 (kw.ac.kr)