KETI, 무음극 전고체전지 한계 넘은 원천 소재 기술 개발

양이온 조성 다변화로 전지 성능·수명 동시 개선 기대
전지 충전시 '은 나노입자' 자가 형성 메커니즘 규명

▲한국전자기술연구원(KETI), 무음극 전고체전지 한계 넘은 원천소재 기술 개발 (사진제공-한국전자기술연구원(KETI))

한국전자기술연구원(KETI)이 황화물계 전고체전지용 고체전해질 원천소재를 개발하고 이를 바탕으로 무음극 전고체전지 기술 구현에 성공했다고 7일 밝혔다.

무음극 전고체전지는 음극재 없이 충전 과정에서 리튬이온이 전류집전체에 금속 형태로 도금되며 음극을 형성하는 전지 구조를 의미한다.

이번 기술 개발은 중앙대 융합공학부 박해선 교수, 서울대 화학생물공학부 최장욱 교수 연구팀과 함께 이뤄낸 결과다.

초기 충전 시 전지 내부의 고체전해질 이중층에서 은(Ag) 금속 성분이 자연스럽게 나와, 리튬이 고르게 도금되도록 유도함으로써 배터리 수명·안전성 저하를 유발하는 덴드라이트와 전기가 한쪽으로 쏠리는 ‘단락’ 문제를 막아주는 원리가 기술의 핵심이다.

전고체전지는 액체 대신 고체 상태의 전해질을 사용하는 차세대 배터리로 기존 리튬이온전지보다 에너지 밀도가 약 30% 이상 높고 안전성도 뛰어나 전기차 등 고성능 산업 분야에서 주목받고 있다. 특히 무음극 전고체전지는 1000와트시(Wh/L) 이상의 높은 에너지 밀도가 가능한 차세대 기술로 평가받기 때문에 핵심 기술 선점을 위한 글로벌 경쟁이 치열하다.

연구진은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 고체전해질 내부에서 은 이온이 이동해 금속 형태로 석출되는 과정을 시각적으로 분석해 기술 메커니즘을 뒷받침했다.

이 기술은 기존 고체전해질 합성 양산 공정에 직접 적용이 가능해 대량 생산이 쉽고, 별도 보호층이나 추가 공정 없이도 고성능의 무음극 전고체전지를 구현할 수 있어 상용화 가능성이 높다.

이번 연구 결과는 에너지화학 분야의 세계적 학술지 네이처 커뮤니케이션스 2025년 7월호에 게재됐다.