KIST(한국과학기술연구원·원장 윤석진)는 류승호 에너지저장연구센터 박사팀이 황화물계 고체 전해질의 소재 및 합성공정을 최적화해 액체 전해질의 이온 전도도에 상응하는 고이온 전도성 고체 전해질을 개발했다고 19일 밝혔다.

비가연성의 고체 전해질을 이용한 리튬전고체전지는 화재 및 폭발 위험성이 없는 차세대 이차전지로 주목을 받고 있다. 하지만 고체 전해질은 액체 전해질과 비교해 리튬의 이온전도도가 낮다는 문제점이 있다.

이 문제를 해결하기 위해 소재 및 합성공정 개선을 위한 연구가 시도되고 있으나 황화물계 고체 전해질의 경우 대기 노출시 수분과 반응해 유독한 황화수소(H2S) 가스를 발생시키는 문제가 있다. 

류 박사팀은 고이온전도성 황화물계 고체 전해질 중 하나인 아지로다이트 (Argyrodite) 고체 전해질 소재 내부에 안티모니(Sb)와 게르마늄(Ge)를 도입하고 추가 리튬(Li)을 삽입하여 16.1mS/cm의 고이온전도성 고체 전해질을 개발했다. 

연구진에 따르면 이는 10mS/cm급의 이온전도도를 가지는 상용 액체 전해질에 상응하는 수준으로, 기존에 개발된 아지로다이트 황화물계 고체 전해질의 최고 수준 이온전도도인 14.8mS/cm을 넘어선다. 연구팀은 개발된 고체 전해질을 상용 양극에 적용해 액체 전해질을 이용한 경우와 유사한 초기 용량을 얻었으며, 추후 전지 제조공정의 최적화를 통한 고에너지, 장수명 리튬전고체전지 개발에 대한 기대감을 높였다.

또 기존의 황화물계 고체 전해질의 경우 대기 노출시 수분과 반응해 유독한 황화수소 가스를 발생하는 문제가 있지만, 연구진은 안티모니를 도입해 수분과 반응성을 줄여 황화수소 가스 발생도 70% 저감했다.

류승호 박사는 "개발된 고체 전해질은 액체 전해질에 상응하는 고이온 전도도를 보이며, 기존의 황화물계 고체 전해질의 대기 안정성을 크게 개선해 폭발 위험성 없는 고안전성 리튬전고체전지의 상용화를 앞당길 수 있을 것"이라고 기대했다.

연구결과는 국제학술지 'ACS Energy Letters'에 게재됐다.