'꿈의 배터리' 전고체전지 전해질, 스티커처럼 붙여 만든다 작성일 10-26 51 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">한국화학연구원</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="bEIfxurNRz"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="cefdd9084c01fd47f1910de3391e7817a8702c0952d8961f2a50d9feecf0c8ce" dmcf-pid="KDC4M7mjL7" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="전사 코팅하기 전 고체전해질(오른쪽)과 전사 후 고체전해질(왼쪽). 화학연 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202610/26/dongascience/20261026125923283iobh.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="xOWvHwV7dn" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202610/26/dongascience/20261026125923283iobh.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 전사 코팅하기 전 고체전해질(오른쪽)과 전사 후 고체전해질(왼쪽). 화학연 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="b00b4cc1a6f3125dd85c80f05271c27d04e1b5b033a1bc04343585877898febe" dmcf-pid="9wh8RzsALu" dmcf-ptype="general">에너지 밀도가 높고 화재 위험이 낮아 '꿈의 배터리'로 불리는 '전고체전지'의 핵심 부품인 '고체 전해질'을 스티커처럼 붙여 결함 없이 제조하는 기술이 개발됐다. </p> <p contents-hash="e42b0c66369345efd32335488b9ef668e5999a39380b75a2f6f9e07c4a954609" dmcf-pid="2rl6eqOcnU" dmcf-ptype="general">한국화학연구원(화학연)은 강영구 화학소재연구본부 책임연구원과 박명수 선임연구원이 이끈 연구팀이 고체 전해질의 일종인 'LLZTO'를 활용해 별도 기판에 고체 전해질 막을 먼저 만든 뒤 전극에 옮기는 전사 인쇄 기술을 개발했다고 26일 밝혔다. 연구결과는 국제학술지 '사이언스 어드밴시스'에 9월 25일 발표됐다. </p> <p contents-hash="4f09bb467b0a609f4ba4d0751521af18fae5e26d12aefad7166d9b618a72df07" dmcf-pid="VmSPdBIkRp" dmcf-ptype="general">전고체전지에는 고체 상태의 전해질을 이용한다. 전해질은 전지 내부에서 전하를 띤 이온이 이동하는 통로로 리튬이온 전지 등 기존 전지는 액체 상태의 전해질을 이용한다. </p> <p contents-hash="2f9ea56e66e49a0d0c30716afba9c2a034084c4b68114c749cd56f05a653f897" dmcf-pid="fsvQJbCEe0" dmcf-ptype="general">에너지 밀도가 높으려면 전지의 두께가 얇아져야 한다. 전고체전지가 높은 에너지 밀도를 확보하기 위해 20마이크로미터(㎛·1㎛는 100만분의 1m) 이하로 얇고 넓은 면적으로 만들어도 두께를 균일하게 제작해야 한다. </p> <p contents-hash="33ae42cf3d48ea1128b1caabe231e1349b54630c31c9542d78262f779fde387b" dmcf-pid="4OTxiKhDL3" dmcf-ptype="general">기존 공정에는 고체 전해질을 별도 필름 형태로 제작하거나 전극 위에 고체 전해질 슬러리를 바른 뒤 말리는 방식을 활용한다. 슬러리는 미숫가루처럼 액체 속에 미세한 고체 입자가 고농도로 분산된 용액이다. </p> <p contents-hash="3f646e29c90089ce9d1a3c682a13bd81a517be5f281442c7bf71abf041bb2a60" dmcf-pid="8IyMn9lweF" dmcf-ptype="general">전해질을 필름 형태로 제작하려면 필름이 찢어지지 않도록 70~120㎛까지 두꺼워야 한다. 전극에 액체를 바르는 방식은 고체 전해질 슬러리가 전극 내부로 스며들어 전극이 변형되거나 전해질의 두께가 균일하지 않은 문제가 있다. </p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="971fb32d14f8ac248aefd38861bc829ebc66fdcc279b6004f1e910616397b420" dmcf-pid="6cs2PpDgLt" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="화학연 연구팀이 개발한 고체 전해질 제조 기술 모식도. 화학연 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202610/26/dongascience/20261026125924526auos.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="yvonj6YCei" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202610/26/dongascience/20261026125924526auos.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 화학연 연구팀이 개발한 고체 전해질 제조 기술 모식도. 화학연 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="675dce870b99af4c41c6ddfb6247776e39dbd91b67ce505baf9c395339708a02" dmcf-pid="PkOVQUwaM1" dmcf-ptype="general">연구팀은 고체 전해질 슬러리를 고분자 물질의 일종인 'PET-PDMS' 기판 위에 발랐다. 슬러리가 굳어 형성된 얇은 고체 전해질을 롤러에 붙인 다음 스티커처럼 전극에 옮겨 붙였다. </p> <p contents-hash="f334478833c7313b1dd7f0fa04a6031bc644516cfd19adb33325de560ee8fff6" dmcf-pid="QEIfxurNM5" dmcf-ptype="general">슬러리가 기판 위에 고르게 퍼져야 하고 건조된 뒤엔 기판에 달라붙지 않고 온전히 떨어져야 한다. 전극에 옮겨 붙인 뒤에는 고체로 된 전해질막에 잘 붙어야 한다. 이같은 공정의 관건은 '접착력'이다. </p> <p contents-hash="3a3ef41e8920cf0d8220854f0e80b10c243e87364d15b37fd1c4917fe7f82773" dmcf-pid="xDC4M7mjJZ" dmcf-ptype="general">연구팀은 다양한 재료 간 친화도를 '한센 용해도 지수(HSP)'로 계산해 각 단계에서 활용할 재료를 선정했다. 한센 용해도 지수는 서로 다른 물질이 얼마나 잘 섞이는지 나타내는 지표다. </p> <p contents-hash="dd884dd2c63e3e048ba88a60930b394a9f18c4727585d402763bda85eb5e57d9" dmcf-pid="yqfhWkKpeX" dmcf-ptype="general">연구팀은 총 120제곱센티미터 면적에서 평균 두께 약 15㎛, 편차 1㎛인 균일한 고체전해질 층을 구현했다. </p> <p contents-hash="483068a34066e80a4cd54ac21cc67f0c53b033e5a548864d6ae80796d6d22dca" dmcf-pid="WB4lYE9UiH" dmcf-ptype="general">전해질의 성능도 향상돼 이번에 개발한 고체 전해질의 리튬이온 전도도는 25℃ 환경에서 2.83×10⁻⁴ S/cm로, 비교군의 1.69×10⁻⁴ S/cm보다 약 50% 높았다. 리튬이온 전도도는 전해질 속의 리튬이온이 얼마나 원활하게 이동하는지 나타내는 척도다. 비교군은 흔히 쓰이는 PE 분리막에 동일한 고분자 전해질을 채운 일반 배터리다. </p> <p contents-hash="bfe584c6adb5487d46daacf85c75b77bb0f0e187cb162a1028a0e2f866a603bb" dmcf-pid="Yb8SGD2udG" dmcf-ptype="general">이번에 개발한 전사 인쇄 기술의 효과를 확인하기 위해 직접 코팅 방식과 비교한 결과 충전과 방전을 100회 반복한 후 배터리의 전하 용량은 전사 인쇄 전지에서 83.6%, 직접 코팅 전지에서 36.1% 유지됐다. 전하 용량은 배터리가 저장하거나 방출할 수 있는 전하의 양이다. </p> <p contents-hash="99ec7b6c4c0934df732247d63b81891b42f2611a15814402fab7548dea71f6b1" dmcf-pid="GK6vHwV7dY" dmcf-ptype="general">안전성도 개선됐다. 전사 인쇄 기술을 적용한 파우치형 전지는 150℃에서 2시간 30분 동안 가열해도 안정적인 전압을 유지했다. </p> <p contents-hash="c491125e7a2dc534c69e1a00566db96c8b07eb4495a7303177c0bac66c4b753f" dmcf-pid="H9PTXrfzMW" dmcf-ptype="general">강 책임연구원은 “이번 기술은 막을 전극에 직접 바르는 과정에서 발생하는 결함을 줄일 수 있어 대면적 생산 시 불량 감소와 생산수율 향상이 가능하다"고 말했다. </p> <p contents-hash="c50667f0ba14202babb783d583f0c045ef8e8b63282aefd23b95efbdc658570f" dmcf-pid="X2QyZm4qMy" dmcf-ptype="general"><참고자료><br> doi: 10.1002/adfm.78679<br> </p> <p contents-hash="285db677734e028e66c6b467e85b0d2112214d1529873dd08ca6b4e838fca00d" dmcf-pid="ZVxW5s8BnT" dmcf-ptype="general">[김소연 기자 lecia@donga.com]</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 동아사이언스. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 "유리컵만 꺼내줘"…필요한 정보만 찾아쓰는 로봇 AI 10-26 다음 [PHP 비상] 이번엔 Node.js…연이은 대형 취약점에 웹서버 보안 '빨간불' 10-26 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
