한국, 차세대 배터리 혁신 이끌다! 전고체전지 상용화, 꿈이 현실로

안전과 성능을 모두 잡다: 전고체전지의 등장

전기차 시장의 판도를 뒤바꿀 혁신적인 기술이 한국 연구진에 의해 개발되었습니다. 바로 화재와 폭발 위험을 원천적으로 차단한 차세대 배터리, 전고체전지의 상용화를 앞당길 핵심 소재 기술입니다. 기존 리튬이온전지의 안전성 문제를 획기적으로 개선한 전고체전지는 전기차와 에너지저장장치(ESS) 시장의 게임 체인저가 될 것입니다. 특히 산화물계 전고체전지는 독성 가스 유출 우려가 없고 기계적 강도가 높아 가장 안전한 전지 기술로 평가받고 있습니다. 이 기술은 우리 삶의 안전을 더욱 강화하고, 지속 가능한 에너지 시대를 앞당기는 데 기여할 것입니다.

 

 

 

 

10분의 1 가격 혁명: 고체전해질막 제조 기술의 쾌거

한국표준과학연구원(KRISS)의 첨단소재측정그룹은 산화물계 전고체전지의 핵심 부품인 고체전해질막을 기존 대비 10분의 1 수준의 비용으로 대면적·고밀도로 제조할 수 있는 획기적인 소재 기술을 개발했습니다. 이는 전고체전지 상용화를 위한 핵심 과제였던 생산 비용 문제를 해결하는 데 결정적인 역할을 할 것입니다. 이 기술 개발은 단순히 비용 절감에 그치지 않고, 전고체전지 대량 생산의 길을 열어 전기차 시장의 혁신을 가속화할 것입니다. 저렴해진 생산 비용은 소비자들에게 더욱 합리적인 가격의 전기차를 제공하고, 에너지 시장의 확장을 이끌 것입니다.

 

 

 

 

가넷계 고체전해질의 난제 극복: 기술 혁신의 핵심

산화물계 전고체전지에 주로 사용되는 가넷계 고체전해질은 이온전도도와 화학적 안정성이 뛰어나지만, 1000℃ 이상의 초고온 소결 공정에서 리튬 원소가 휘발되어 대면적·고품질 전해질막 제조가 어렵다는 난제를 안고 있었습니다. KRISS 연구진은 이 오랜 난제를 해결하기 위해 고체전해질 분말 표면에 고기능성 리튬계 화합물을 코팅하는 혁신적인 기술을 개발했습니다. 이 코팅 기술은 리튬 휘발을 억제하고, 입자 간 결합력을 높여 고밀도 전해질막을 구현하는 데 성공했습니다. 이로써 전고체전지 기술의 핵심적인 문제점을 해결하고, 상용화를 위한 중요한 발판을 마련했습니다.

 

 

 

 

모분말 없는 소결 공정: 생산 효율 극대화

기존의 고체전해질막 제조 방식에서는 '모분말' 방식이 사용되었지만, 이는 막대한 소재 낭비로 이어져 생산 단가를 높이는 요인이었습니다. KRISS 연구진은 모분말 없이 소결하는 공정을 개발하여 이러한 문제를 해결했습니다. 이 공정은 리튬 휘발과 구조 붕괴를 효과적으로 억제하는 동시에 제조 공정과 생산 비용을 크게 낮췄습니다. 또한, 고밀도의 대면적 전해질막과 높은 이온전도도, 낮은 전기전도도를 동시에 확보하는 데 성공했습니다. 이 혁신적인 공정은 전고체전지 생산의 효율성을 극대화하고, 더욱 경쟁력 있는 차세대 배터리 시장을 만들어갈 것입니다.

 

 

 

 

기술의 주요 성과: 성능 향상과 대량 생산 가능성

KRISS 연구진은 기능성 리튬계 화합물 코팅 기술을 통해 98.2% 이상의 고밀도 전해질막을 구현하는 데 성공했으며, 이온전도도는 기존 대비 2배 이상 향상되었습니다. 또한, 전기전도도는 20배 이상 낮아져 전지 내부 전류 손실 위험을 크게 줄였습니다. 나아가 16㎠ 규모의 대면적 고체전해질막을 수율 99.9%로 제조하는 데 성공하여 대량 생산 가능성을 입증했습니다. 이러한 괄목할 만한 성과는 전고체전지 상용화 시대를 앞당기는 데 크게 기여할 것입니다. 안전성, 성능, 경제성을 모두 갖춘 차세대 배터리의 등장은 우리 사회의 지속 가능한 발전에 중요한 이정표가 될 것입니다.

 

 

 

 

미래를 위한 투자: 기술 개발의 의미

이번 연구는 박혁준 고려대학교 교수 연구팀과의 협업을 통해 이루어졌으며, 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원을 받았습니다. 백승욱 KRISS 책임연구원은 “20년 넘게 해결되지 못했던 가넷계 고체전해질의 공정 난제를 근본적으로 해결한 성과”라고 강조하며, “전고체전지 상용화를 앞당기는 결정적 계기가 될 것”이라고 밝혔습니다. 김화정 박사후연구원은 “차세대 배터리 핵심 소재의 국산화 가능성을 연 연구”라고 평가했습니다. 이처럼 정부와 연구기관의 적극적인 투자는 미래 기술 경쟁력 확보에 필수적이며, 지속적인 연구 개발을 통해 더욱 혁신적인 성과를 창출할 수 있을 것입니다.

 

 

 

 

핵심만 짚어보기: 한국의 배터리 기술, 세계를 놀라게 하다!

한국 연구진이 개발한 차세대 전고체전지 핵심 소재 기술은 안전성, 성능, 경제성을 모두 갖춘 미래 에너지 시대를 열어갈 것입니다. 특히 10분의 1로 줄어든 생산 비용과 대량 생산 가능성은 전기차 시장의 판도를 뒤바꿀 중요한 변수가 될 것입니다. 이 기술은 에너지 저장 장치(ESS) 시장에도 긍정적인 영향을 미치며, 지속 가능한 사회를 만드는 데 기여할 것입니다.

 

 

 

 

자주 묻는 질문: 전고체전지에 대한 모든 것

Q.전고체전지는 왜 안전한가요?

A.전고체전지는 불이 붙지 않는 고체 전해질을 사용하기 때문에, 인화성 액체 전해질을 사용하는 리튬이온전지에 비해 화재 및 폭발 위험이 현저히 낮습니다. 또한, 독성 가스 유출 우려가 없어 더욱 안전합니다.

 

Q.고체전해질막 제조 비용이 어떻게 절감되었나요?

A.KRISS 연구진은 고체전해질 분말 표면에 고기능성 리튬계 화합물을 코팅하는 기술을 개발하여, 고가의 모분말 없이도 고밀도 전해질막을 제조할 수 있게 되었습니다. 이로 인해 생산 비용을 획기적으로 절감할 수 있었습니다.

 

Q.전고체전지 상용화는 언제쯤 가능할까요?

A.이번 연구를 통해 전고체전지 상용화에 한 걸음 더 다가섰습니다. 기술 개발과 함께 생산 설비 구축, 안전성 검증 등 여러 단계를 거쳐야 하므로, 정확한 상용화 시기를 예측하기는 어렵지만, 긍정적인 전망이 기대됩니다.