한국전기연구원(KERI) 차세대전지연구센터 소속 연구개발팀의 ‘전기차용 차세대 전고체전지 소재 원천기술이 ‘2021년 출연 10대 우수 연구성과’에 선정됐다.
10대 우수 연구성과는 과학기술분야 출연이 2021년 수행한 주요 연구과제 중, 선정위원회의 심사기준에 따라 과학적·기술적·경제적·사회적·인프라적 큰 가치를 창출한 성과를 대상으로 주어진다. 우수성과로 선정된 단체 및 연구자에게는 과학기술정보통신부 장관상이 수여된다.
전고체전지는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 ‘전해질’을 액체가 아닌, 화재나 폭발 위험성이 낮은 고체로 대체한 것이다. 높아진 안전성 덕분에 온도 변화나 외부 충격을 막기 위한 안전장치 및 분리막이 따로 필요하지 않아 전지의 고용량화·소형화·형태 다변화 등 사용 목적에 따라 다양하게 활용이 가능한 차세대 유망 기술이다.
하지만 전고체전지는 제조공정 및 양산화의 어려움, 높은 단가, 계면 불안정성 등 상용화까지 해결해야 할 많은 과제를 안고 있다. KERI의 성과는 이러한 전고체전지의 한계를 극복하고, 상용화에 기여할 수 있는 핵심 원천기술을 다수 개발한 것이다.
전고체전지용 고체전해질 저가격 대량생산 제조기술은 민간 기업체로부터 가장 큰 관심을 받았던 성과다. KERI의 기술은 용액형과 공침형이 있다. 용액형은 최적 합성을 가능하게 하는 첨가제를 통해 낮은 순도의 저렴한 원료(출발물질)로도 성능이 뛰어난 고체전해질을 대량생산할 수 있는 ‘특수 습식합성법’ 기술이다. 공침형은 고가의 황화리튬 사용 없이 ‘공침법’이라는 간단한 용액 합성 과정만으로 고체전해질을 저가로 대량생산하는 세계 최초의 성과다.
최근에는 고체전해질 저가 대량생산을 넘어, 전극과 멤브레인 제조 공정까지 활용될 수 있는 ‘저온 소결형 고체전해질 분말 제조 및 시트화 기술’도 주목을 받았다. 이들 기술은 각각 국내 전문기업에 이전되어 양산화가 준비되고 있다. 현재까지 기술이전 총 계약액은 15억원이다.
우수한 연구결과로 국제 저명 학술지에 논문이 다수 게재된 성과도 있다. 전고체전지의 양극과 음극이 가진 난제를 극복하고, 충·방전 효율을 크게 높인 기술들이 지난해 과학학술잡지 에 표지논문으로 선정되어 소개됐다. 지난해 연구원이 전고체전지와 관련하여 달성한 SCIE급 국제 학술지 논문 게재 성과는 총 5편, 특허 출원 8건에 달한다.
KERI 차세대전지연구센터 하윤철 박사는 “꿈의 배터리라고 불리는 전고체전지 핵심 소재기술 개발을 통해 전기차의 화재사고를 막고, 주행거리도 늘릴 수 있을 것”이라고 밝혔다.
KERI는 과학기술정보통신부 국가과학기술연구회 산하 정부출연연구기관이다. KERI 차세대전지연구센터는 1993년부터 30년간 연구를 수행해 온 대한민국 리튬이차전지 개발 역사의 산실로 인정받고 있으며, 지난 7월에는 탁월한 연구수행 성과를 통해 소부장 우수 국가연구실(N-Lab)로 선정되기도 했다.