KAIST, 전고체 배터리 ‘산소 앵커링’ 설계 제시…“안정성·성능 개선”

동국대·연세대·충북대 등과 공동 연구
이온전도도 2.7배 ↑…수분 취약성 극복

'산소 앵커링' 기술 기반 고체 전해질 개발 연구 관련 인공지능(AI) 이미지./한국과학기술원

국내 연구진이 '꿈의 배터리'인 전고체 배터리의 취약점인 안정성 문제를 해결할 수 있는 설계 원리를 제시했다.

한국과학기술원(KAIST)는 신소재공학과 서동화 교수 연구팀이 동국대, 연세대, 충북대 연구팀과의 공동연구를 통해 공기 노출 환경에서도 구조적 안정성을 유지하면서 이온전도도를 획기적으로 높인 전고체 배터리용 고체 전해질 설계 기술을 개발했다고 16일 밝혔다.

전고체 배터리는 화재 위험이 낮은 차세대 배터리로 주목받고 있지만, 공기 중 수분에 매우 취약해 쉽게 성능이 저하되는 단점이 지적 받아왔다. 이에 연구팀은 전해질 내부에 산소를 안정적으로 결합시키는 '산소 앵커링' 구조를 도입했다. 그 결과, 해당 전해질은 공기 노출 환경에서도 구조가 쉽게 붕괴되지 않고 안정적으로 유지되는 것으로 나타났다.

또 전해질 내부 구조 변화로 리튬 이온의 이동 경로가 더 넓고 원활해지면서 이온 이동 속도가 향상되면서 배터리 성능도 개선됐다는 설명이다. 산소가 도입된 신소재는 기존 지르코늄(Zr) 기반 할라이드계 고체 전해질보다 이온전도도가 약 2.7배 높은 것으로 확인됐다. 연구팀은 이번 기술이 공기 안정성과 성능을 동시에 갖춘 고체 전해질 개발에 기여할 것으로 기대하고 있다.

서 교수는 "이번 연구는 공기 안정성과 이온전도도를 동시에 향상시키는 구조 설계 전략을 통해 다중 성능을 최적화하는 새로운 소재 설계 원리를 제시한 것"이라며 "향후 전고체 배터리 연구와 공정 개발의 핵심 지표가 될 것"이라고 말했다.