(대전=국제뉴스) 이규성 기자 = 국내 연구진이 값비싼 금속을 사용하지 않고도 전고체 배터리 성능을 획기적으로 높일 수 있는 핵심 설계 기술을 개발했다.

KAIST는 신소재공학과 서동화 교수 연구팀이 서울대학교, 연세대학교, 동국대학교 연구진과의 공동 연구를 통해 저비용 원료 기반의 고성능 전고체 배터리 전해질 설계 방법을 개발했다고 7일 밝혔다.

전고체 배터리는 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용해 화재와 폭발 위험이 낮지만, 리튬 이온 이동 속도를 높이기 위해 고가 금속이나 복잡한 공정이 필요하다는 한계가 있었다. 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 산소와 황과 같은 이가 음이온을 전해질 구조 설계에 도입했다.

연구팀은 지르코늄 기반 할라이드 전해질에 이가 음이온을 적용해 결정 구조를 조절하는 '프레임워크 조절 메커니즘'을 구현했다. 이를 통해 리튬 이온 이동 통로를 넓히고 에너지 장벽을 낮춰 이온 이동을 촉진했다. 초고해상도 X선 분석과 전자 구조 모델링 결과, 구조 변화가 원자 수준에서 확인됐다.

그 결과 산소를 도입한 전해질의 상온 이온전도도는 약 1.78mS/cm, 황을 도입한 전해질은 약 1.01mS/cm로 측정됐다. 이는 기존 대비 2~4배 향상된 수치로, 실제 전고체 배터리 적용이 가능한 수준이다.

서동화 교수는 값싼 원료만으로도 전고체 배터리의 비용과 성능 문제를 동시에 개선할 수 있는 설계 원리를 제시한 점에 의미가 있다고 밝혔다. 연구진은 이번 성과가 전고체 배터리 소재 설계의 새로운 방향을 제시할 것으로 기대하고 있다.

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