국립부경대, 차세대 전고체전지용 고니켈 양극 개발

수명·출력 동시 확보
상위 5% 학술지 게재
단결정 구조 전략

기존 고니켈 양극 소재(왼쪽)의 제한된 리튬 확산 경로 문제를 해결하기 위해, 멀티 스케일 설계 양극(오른쪽)의 쌍정 결함을 활용해 빠르고 원활한 리튬 이동 경로를 확보한 연구 결과 시각 자료.(사진=국립부경대 제공)

국립부경대와 한국에너지기술연구원이 차세대 전고체전지의 성능 저하를 해결하고 수명과 출력을 동시에 높이는 양극 설계 기술을 개발했다.

국립부경대 김남형 교수와 에기연 차형연 박사팀은 입자의 나노와 마이크로 구조를 동시에 설계하는 '멀티 스케일 구조 설계 전략'을 통해 고니켈 양극의 한계를 극복했다고 14일 밝혔다.

이번 성과는 재료과학 분야 상위 5% 학술지인 '에너지 스토리지 머티리얼즈'에 게재돼 우수성을 입증했다.

◆ 멀티 스케일 설계로 이온 이동 통로 확보

연구팀은 기존 다결정 양극 소재를 고체전해질에 적용할 때 발생하는 용량 감소 문제에 주목했다.

이를 해결해 나노 단위에서는 이온의 빠른 이동 통로를 만들고, 마이크로 단위에서는 입자 전체가 하나의 결정인 단결정 구조를 채택해 고압에서도 균열이 생기지 않도록 했다.

이는 전극 내부에 반응하지 않는 '죽은 영역(dead zone)' 발생을 효과적으로 방지한다.

◆ 액체전해질 수준 수명 달성 및 상용화 기여

기술을 적용한 전고체전지는 100회 충·방전 후에도 초기 용량의 90% 이상을 유지해 액체전해질 전지와 유사한 수명 특성을 확보했다.

김남형 교수는 "전고체전지 환경에 최적화된 양극 구조 설계 패러다임을 제시했다"며 "향후 차세대 전고체전지용 상용 양극 개발의 중요한 가이드라인이 돼 줄 것"이라고 말했다.

부산=김성욱 기자