얇고 강력한 `전고체 전지` 나오나…`초박막형 고체전해질막` 개발

ETRI, 바인더 소재와 건식공정 적용

얇고 견고한 고체전해질막 제조 가능

ETRI 연구진이 초박막 고체전해질막을 적용한 파우치형 전고체 이차전지를 통해 LED를 구동하고 있다. ETRI 제공차세대 이차전지로 각광받고 있는 전고체 전지의 고체전해질막을 초박막으로 만들 수 있는 기술이 개발됐다. 기존 고분자 분리막처럼 얇은 두께의 고체전해질막임에도 에너지밀도가 10배 이상 높아 전고체 이차전지 상용화 가능성을 높일 것으로 기대된다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 바인더 소재를 이용해 매우 얇고 견고한 '초박막 고체전해질막'을 개발하는 데 성공했다고 16일 밝혔다.

전고체 이차전지는 양극과 음극, 고체전해질 등으로 구성된다. 전지 내 이온전달 매개체를 액체전해질 대신 고체전해질을 사용해 온도 변화에 따른 폭발, 화재 위험을 원천적으로 차단해 안전성을 획기적으로 높였다.

기존 이차전지에는 양극의 액체전해질을 분리하는 분리막이 따로 존재하지만, 전고체 이차전지에는 고체전해질막이 전해질과 분리막 역할을 동시에 수행한다. 전고체 전지의 핵심 소재는 양극과 음극의 직접적인 접촉을 막아주면서 이온을 전달하는 고체전해질막이다.

이런 고체전해질막의 내구성을 높이려면 수백 마이크로미터에서 1밀리미터 수준까지 두껍게 만든다. 하지만 전해질막이 너무 두꺼우면 에너지 밀도 손실이 매우 커지는 단점이 있다.

연구팀은 기계적 힘을 가하면 쉽게 섬유화되는 바인더 소재를 이용해 건식공정을 통해 18㎛의 초박막형 고체전해질막을 제조했다. 건식공정은 바인더의 함량을 최소화하고 용매를 사용하지 않아 두께 조절이 쉬운 이온전도성이 우수한 고체전해질막 제조를 가능케 한다.

연구팀이 개발한 고체전해질막은 1㎜ 두께의 고체전해질막 대비 에너지밀도가 10배 이상 높아 이온 전달속도를 높이면서 셀 부피와 무게를 대폭 줄일 수 있어 고에너지밀도의 전고체 이차전지 개발에 기여할 것으로 기대된다. 또한 제조 공정에서 바인더 소재 투입량을 정확히 조절할 수 있는 공정 표준도 제시해 경제성 있는 막 제조를 돕는다.

박영삼 ETRI 박사는 "얇고 고체전해질막의 대면적화를 통해 에너지밀도를 대폭 향상시킬 수 있어 경제성을 확보한 전고체 전지의 상용화 가능성을 높일 것"이라고 말했다.

ETRI 연구진이 초박막 고체전해질막을 파우치형 전고체 이차전지에 적용해 LED를 구동하고 있다. ETRI 제공