황화물계 고체전해질 약점 '복구'까지 해내
전고체전지 상용화 앞당길 중요한 전환점 될 것 전망

포스텍 연구팀이 '프러시안 블루 유사체(PBA)'를 활용해 손상된 황화물계 전고체전지의 성능을 회복시키는 기술을 개발했다.

 

▲ 포스텍 공동연구팀 사진(왼쪽부터 이상민교수, 조창신교수, 고수민씨, 정혜빈씨.) [포스텍 제공]

 

포스텍은 배터리공학과·신소재공학과 이상민 교수, 배터리공학과·화학공학과 조창신 교수, 배터리공학과 통합과정 고수민 씨, 화학공학과 박사과정 정혜빈 씨 공동연구팀이 손상된 황화물계 고체전해질의 성능을 되살리는 기술을 개발했다고 13일 밝혔다.

 

이 연구는 전고체전지 상용화를 앞당길 핵심 기술로 평가받으며 재료 분야 국제 학술지 '어드밴스드 머터리얼즈' 온라인판에 게재됐다.

 

불이 나지 않는 안전한 배터리, 바로 '전고체전지'다. 액체 대신 고체 전해질을 사용하기 때문에 폭발 위험이 적고 수명이 길다. 특히 '황화물계 전해질'은 이온전도도가 높고 전극과의 접착력이 우수해 전고체전지의 유망한 소재로 꼽힌다.

 

하지만 이 전해질은 공기 중 극소량의 수분에도 쉽게 반응해 성능이 급격히 떨어지고, 황화수소와 일산화탄소 같은 독성 가스가 발생한다는 치명적인 단점을 갖고 있다.

 

연구팀은 황화물계 전해질 일종인 LPSCl(황화물계 고체전해질의 일종)에 '프러시안 블루 유사체(PBA)'를 첨가하는 방법에 주목했다. PBA는 내부에 물과 기체를 흡수할 수 있는 구조로 수분에 의한 손상을 막을 뿐 아니라 이미 열화된 전해질의 성능을 회복시키는 역할까지 수행할 수 있다.

 

연구팀은 망간 기반 PBA를 황화물계 전해질인 LPSCl과 혼합하여 복합 전해질을 제작해 실험한 결과, PBA를 4% 정도 첨가한 전해질은 기존과 유사한 수준의 높은 이온전도도를 유지하면서 수분에 노출됐을 때 황화수소 발생량이 1/4, 일산화탄소는 1/10 수준으로 줄었다.

 

또한 500회의 충·방전 이후에도 초기 용량의 85.4%를 유지하는 등 우수한 전기화학적 성능을 보였다.

 

특히 이미 수분에 노출되어 손상된 전해질도 단순히 PBA를 섞는 것만으로 복구되었다는 점이다. 5%의 상대습도 환경에서 6시간 노출된 LPSCl은 10사이클 후 급격히 용량이 감소했지만, MPB를 혼합한 경우 500사이클 동안 99.9%의 쿨롱 효율과 95.2%의 용량 유지율을 기록했다.

 

조창신 교수는 "PBA는 단순한 보호제를 넘어, 손상된 전해질을 '되살리는' 새로운 역할을 한다"며 "전고체전지 상용화를 앞당길 중요한 전환점이 될 것"이라고 말했다.

 

KPI뉴스 / 장영태 기자 3678jyt@kpinews.kr

 

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