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[IT뉴스]폭발위험 원천차단 ‘전고체전지’…성능·안전 한번에 잡았다

온카뱅크관리자

2026-04-15 08:57:29

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> - 생산기술연구원, 전고체전지 핵심소재 개발 - 이온전도도 77배 향상, 유독가스 40% 감소 
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 <img alt="개발된 고체전해질을 적용한 전고체 가압셀.[한국생산기술연구원 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202604/15/ned/20260415085504104ntwz.png" data-org-width="1024" dmcf-mid="P5lUu2CEtu" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202604/15/ned/20260415085504104ntwz.png" width="658">
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 개발된 고체전해질을 적용한 전고체 가압셀.[한국생산기술연구원 제공]
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 [헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 폭발위험을 원천차단한 차세대 ‘전고체전지’의 성능과 안정성을 동시에 높일 수 있는 원천기술을 개발했다.
 한국생산기술연구원은 저탄소에너지그룹 김태효 수석연구원팀이 황화물계 고체전해질 소재에 세 가지 원소를 조합해 리튬이온 이동성을 높이고, 공기 중 수분 노출 시 발생하는 유독성 황화수소(H₂S)를 줄이는 데 성공했다고 밝혔다.
 고체전해질은 전고체 배터리 안에서 양극과 음극 사이로 리튬이온이 이동하는 통로 역할을 하는 소재로, 이 중 이온전도도가 높은 황화물계가 유력한 후보 소재로 꼽힌다.
 연구팀은 황화물계 고체전해질 중 육리튬 인 오황화 아이오다이드(Li₆PS₅I)에 주목했다.
 Li₆PS₅I는 제조 원가가 낮고, 리튬 금속과 맞닿았을 때 아이오딘화 리튬(LiI) 나노 보호층을 형성해 셀 안정성을 높이는 장점이 있다.
 하지만 황화물계 고체전해질 가운데 상대적으로 이온전도도가 낮고 습기에 취약해 공기 중 수분에 노출될 경우 유독성 황화수소가 발생하는 단점이 있다.
 연구팀은 Li₆PS₅I에 역할이 다른 세 가지 원소, 즉 염소, 안티몬, 산소를 함께 넣는 방식으로 이 문제를 해결했다.
 염소(Cl)는 소재 내부의 원자 배열을 바꿔 리튬이온 이동을 더 쉽게 하고, 안티몬(Sb)과 산소(O)는 수분에 더 강한 결합 구조를 만들어 소재 분해와 황화수소 발생을 줄이는 역할을 한다.
 연구팀은 세 원소의 비율을 단계적으로 조절하며 다양한 조성을 비교ㆍ검증한 끝에 이온전도도와 구조 안정성의 균형이 최적인 조성을 도출했다.
 실험 결과 개발된 소재의 이온전도도는 1.158 밀리지멘스퍼 센티미터(mS/cm)로, 기존 대비 약 77배 높아졌다.
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 <img alt="이번 연구를 수행한 김태효(오른쪽) 수석연구원과 배진영 인턴.[한국생산기술연구원 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202604/15/ned/20260415085504436iiob.png" data-org-width="1024" dmcf-mid="QxMwrSQ9YU" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202604/15/ned/20260415085504436iiob.png" width="658">
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 이번 연구를 수행한 김태효(오른쪽) 수석연구원과 배진영 인턴.[한국생산기술연구원 제공]
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 리튬 금속과의 안정성도 크게 개선됐다.
 배터리 내부 합선 직전까지 버티는 한계 전류 값이 기존 대비 86% 높아졌으며, 리튬 금속과 맞닿은 상태에서 2000시간 이상 안정적으로 작동하는 것이 확인됐다.
 개발된 고체전해질을 적용한 결과 전고체 전지의 초기 방전용량은 158.4 밀리암페어시 퍼 그램(mAh/g)으로, 기존 Li₆PS₅I 기반 전지(134.5 mAh/g)보다 18% 향상된 것으로 나타났다.
 김태효 수석연구원은 “황화물계 고체전해질에서 성능과 안정성을 함께 높일 수 있는 소재 개발 가능성을 확인한 성과”라며 “국내 소재·부품·장비 기업으로의 기술 이전을 통해 전고체 배터리 상용화를 앞당길 계획”이라고 말했다.
 이번 연구성과는 화학공학 분야 국제학술지 ‘케미칼 엔지니어링 저널’에 게재됐다.
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