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[IT뉴스]'꿈의 배터리' 전고체전지 전해질, 스티커처럼 붙여 만든다

온카뱅크관리자

2026-10-26 13:07:26

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 한국화학연구원 
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 <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">
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 전사 코팅하기 전 고체전해질(오른쪽)과 전사 후 고체전해질(왼쪽). 화학연 제공
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 에너지 밀도가 높고 화재 위험이 낮아 '꿈의 배터리'로 불리는 '전고체전지'의 핵심 부품인 '고체 전해질'을 스티커처럼 붙여 결함 없이 제조하는 기술이 개발됐다. 
 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. 
 전고체전지에는 고체 상태의 전해질을 이용한다. 전해질은 전지 내부에서 전하를 띤 이온이 이동하는 통로로 리튬이온 전지 등 기존 전지는 액체 상태의 전해질을 이용한다. 
 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. 
 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. 
 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. 
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 <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">
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 화학연 연구팀이 개발한 고체 전해질 제조 기술 모식도. 화학연 제공
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 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. 
 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. 
 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. 
 연구팀은 총 120제곱센티미터 면적에서 평균 두께 약 15㎛, 편차 1㎛인 균일한 고체전해질 층을 구현했다. 
 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. 
 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. 
 안전성도 개선됐다. 전사 인쇄 기술을 적용한 파우치형 전지는 150℃에서 2시간 30분 동안 가열해도 안정적인 전압을 유지했다. 
 강 책임연구원은 “이번 기술은 막을 전극에 직접 바르는 과정에서 발생하는 결함을 줄일 수 있어 대면적 생산 시 불량 감소와 생산수율 향상이 가능하다"고 말했다. 
 &lt;참고자료&gt; doi: 10.1002/adfm.78679  
 [김소연 기자 lecia@donga.com]
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