경북대, 새로운 형태의 리튬전고체전지용 고체전해질 개발

- 리튬 금속 전극 기반 전고체 배터리 상용화 기여 기대

왼쪽부터 유지영 교수, 장은빈, 이제민 (자료제공: 경북대)

경북대학교(총장 허영우)는 에너지공학부 유지영 교수팀(제1저자 장은빈, 공저자 이제민)과 서울대학교 김연상 교수팀 (제1저자 김희배)이 리튬 금속 전극(Lithium Metal Anode, LMA)의 안정성과 성능을 크게 향상시키는 새로운 고체전해질을 개발했다고 12월 3일 밝혔다.

연구팀은 기존의 Li₂OHCl 기반 안티페로브스카이트 고체 전해질(AP-SE)에 망간(Mn)을 도입하여 새로운 MAP-SE(Li₁.₉₄Mn₀.₀₃OHCl)를 개발하는 데 성공했다. 망간의 반만 채워진 d전자 껍질 구조는 전해질의 구조적 안정성을 강화하고, 리튬 이온 이동성을 극대화하며 계면 전류 분포를 균일하게 만들어 계면 안정성과 성능을 크게 개선했다.

MAP-SE를 적용한 전고체 배터리는 상온에서 외부 압력 없이도 뛰어난 성능을 발휘했으며, 기존 AP-SE 대비 약 5배 향상된 10.5 mA/cm²의 임계 전류 밀도를 기록했다. 또한, 4,000회 이상의 충·방전 주기를 안정적으로 유지하며 우수한 내구성을 입증했다.

이러한 망간 대체 전략은 간단한 제조 공정으로 대량 생산이 가능하며, 유독성 물질을 사용하지 않아 환경 친화적인 기술로 평가된다.

이번 연구는 리튬 금속 전극 기반 전고체 배터리의 상용화를 앞당기는 데 기여할 것으로 보이며, 전기차 및 에너지 저장 장치 시장에 혁신적인 변화를 가져올 잠재력을 가진다. 연구결과는 전고체 배터리의 안전성과 에너지 밀도 문제를 해결하며 차세대 에너지 기술을 선도할 중요한 도약점으로 평가된다.

이 연구는 한국연구재단 및 산업통상자원부의 지원을 받아 수행됐다. 연구결과는 국제 에너지분야 학술지 ‘Advanced Energy Materials’에 게재됐다.

[Ceramic Korea (세라믹뉴스)=이광호 ]