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기존 도전재 대비 전도성 250% 높은 나노탄소 개발
전기연구원, 대량생산 통한 전고체전지 상용화 기대
2019년 04월 29일 (월) 백광열 elenews@chol.com

한국전기연구원 차세대전지연구센터는 전고체전지 내 고체전해질과 탄소와의 계면 불안정성 원인을 밝히고, 이를 극복하는 ‘나노탄소 도전재’를 개발했다.

이는 친환경 전기차의 차세대 에너지 심장으로 불리는 전고체전지 상용화를 위한 새로운 개념의 도전재로 국내외 이차전지업체들의 비상한 관심을 받을 것으로 전망된다.

전고체전지란 불에 잘 붙는 액체전해질 대신 전극과 전해질을 모두 고체로 만들어 전해액 누출에 따른 화재 및 폭발 위험성을 제거한 차세대 전지다.

하지만 전고체전지는 전지를 구성하는 고체화된 입자 때문에 성능을 높이기 위해서는 입자 간의 계면 안정성이 매우 중요해 이를 위한 연구가 다방면을 진행되고 있다.

이러한 상황에서 한국전기연구원은 비정질의 탄소 표면에 존재하는 다수 작용기가 황화물 고체전해질과의 부반응에 직접적인 영향을 미친다는 사실을 최초로 규명했다.

작용기와 부반응 간의 연결고리를 밝혀내고, 이를 기반으로 고체전해질과 탄소 간 계면 안정성을 높일 수 있는 방법을 찾아냈다.

또 ‘작용기가 없으면 탄소도전재의 기능을 획기적으로 높일 수 있다’는 분석을 기반으로 열 공정을 통해 새로운 형태의 도전재인 '중공(hollow) 나노탄소‘ 개발에도 성공했다.

흑연처럼 결정성이 높은 나노탄소를 도전재로 사용하면 계면에서의 전기화학적 부반응이 줄어들고, 부반응으로 형성되는 절연성 물질의 형성을 줄일 수 있으며, 기존 비정질 탄소 대비 250%가량 향상된 전도성을 확보할 수 있어 전지의 성능을 대폭 높일 수 있다.

주요 연구자인 김병곤 전기연구원 박사는 “이번 연구결과는 고체전해질과 탄소 계면의 부반응 원인을 규명하고, 이를 기반으로 해결책 및 도전재의 새로운 개발방향을 제시했다는 데 매우 의의가 크다”며, “지금 단계에서는 비록 고온열처리 장비의 가격 문제가 있지만 대용량화가 이루어지면 고체전지용 도전재를 손쉽고 값싸게 대량으로 생산할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

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