물리적/화학적 계면 제어를 통한 고성능의 전고상 리튬 배터리 구현 

공과대학 신소재공학과 김현석 교수팀과 화학공학과 이경진 교수팀이 고성능의 전고상 배터리를 플라즈마 처리 공정 및 박막화 공정을 통해 고성능 전고상 리튬 배터리를 구현하는데 성공했다.

공과대학 김종헌, 고광모 박사 연구생이 제1 저자, 김현석, 이경진 교수가 교신 저자로 참여한 이번 공동 연구 결과는 저명 학술지인 ‘Advanced Science’ (IF:  16.806)에 게재됐다. (논문 제목: Improved Performance of All-Solid-State Lithium Metal Batteries via Physical and Chemical Interfacial Control) 

4차 산업혁명 시대, 차세대 전자기기 발전에 따라 전력 공급원으로서 폭발 위험성이 적고, 높은 충ㆍ방전 속도 특성 및 장기 수명을 보유한 배터리가 필요하다.

이에 연구팀은 양극(V2O5) 위에 고체전해질을 (Li7La3Zr2O12 + PVDF-HFP) 연속공정을 통해 제조함으로써 양극과 고체 전해질 사이의 계면저항을 크게 감소시키는 효과를 확인했으며, 동시에 리튬 음극(Li)과 유ㆍ무기 복합 고체전해질사이에 플라즈마 처리 및 리튬 음극 박막화 공정 도입해 리튬과 고체 전해질사이에 계면저항 또한 크게 감소시키는 효과를 확인했다. 

특히, 계면 저항의 감소는 전지의 충,방전 속도가 액체 전해질 기반 배터리에 90 %에 상응하는 성공적인 전고상 배터리 제조에 중요하게 작용함을 확인했다.

연구팀은 이번 연구결과를 통해 전고상 배터리의 우수한 충,방전 속도, 장기 안정성 및 플렉서블 특성을 확보해 현재 액체 전해질 기반의 배터리 시스템을 대체함으로써 기존의 폭발 위험성에 대한 문제를 해결하고, 차세대 전자기기용 배터리 분야에 적용 가능성을 제시했다.

김현석 교수는 "이번 연구를 통해 현재 높은 안정성 및 고성능을 요구하는 배터리 분야에서 가장 큰 문제로 꼽히는 전극과 고체전해질 계면 저항 문제를 크게 감소시킬 새로운 방법들을 제시할 수 있었다"며, "실제 전자기기에 적용되기 위해서는 지금보다 더 높은 배터리의 에너지 밀도를 요하는 만큼 더욱 얇고, 이온전도성이 높은 고체전해질 제작과 고용량/고전압 양극 소재 제작 공정을 개발하고, 기술 상용화에 최선을 다하겠다"고 밝혔다.