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KERI-금오공대, 전고체전지 성능 UP ‘황화실리콘 최적 제조기술’ 개발
KERI-금오공대, 전고체전지 성능 UP ‘황화실리콘 최적 제조기술’ 개발


하윤철 박사 및 박철민 교수팀, 높은 반응온도에서의 황의 증기압 상승 난제 극복



고체전해질의 가격경쟁력 및 품질 향상 기여, 국제 학술지 표지논문 게재

한국전기연구원(KERI) 차세대전지연구센터 하윤철 박사팀과 금오공대 신소재공학부 박철민
교수팀이 전고체전지 상용화를 앞당길 수 있는
고체전해질용(아지로다이트 계열) 황화실리콘(SiS2) 저가 제조기술을 개발했다.





전고체전지는
양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 전해질을 액체가 아닌
, 화재나 폭발 위험성이 낮은 고체로 대체한 것이다. 그러나 제조공정 및 양산화의 어려움, 높은 단가 등 상용화까지 해결해야 할 많은 과제를 안고 있어 전 세계적으로 연구개발이 활발하게 진행되고 있고, KERI에서도 여러 성과를 이뤄냈다.





이번에
하윤철 박사팀이 주목한 소재는
황화실리콘이다. 전고체전지용 고체전해질 황화실리콘(SiS2)을 첨가하면 이온 전도도 및 수분 안정성(moisture stability) 향상시킬 수 있다는 것은 학계에서
널리 알려진 사실이다
. 하지만
황과
실리콘의 합성
과정에서
높은 반응온도가 필요하고, 이에
따른 황의 증기압이 너무 커지는 문제가
발생하는 등 황화실리콘의
제조를 위한 공정 난이도가 매우 높다
. 이러한
이유로 황화실리콘은 현재 가격이 20그램(g) 170만원에
달할 정도로 비싸다
.





KERI의 성과는 황화실리콘 제조를 위한 최적 공정 기술을 개발하고, 이를 전고체전지용
고체전해질에 적용할 수 있는 발판
을 마련한 것이다. 연구팀은
황과
실리콘의 배치를 최적화하여 합성 조건을 확립하고, 800도의 높은 반응온도에서도 황의 기화에
따른 증기압을 버틸 수 있는 완벽한 밀폐 환경을 구현
하는 데 성공했다. 결과물도 상용 제품의 품질과 대등했다. 연구팀은 만들어진 황화실리콘을 고체전해질 제조에
활용
했고, 2배 이상의
높은 이온 전도도 및 수분 안정성을
가지는 것을 확인했다. 공정의 최적화로 과정은 단순화하고, 제조비 감소도 기대할 수 있는 결과다.





KERI 하윤철 박사는 그동안 황의 증기압 상승을 해결하기 위해 국내외 많은 연구진이 고가의 원료를 사용하거나, 특수 공정을 도입하는 등 어려움을 겪었는데, 우리의 성과로 고체전해질용 황화실리콘을
저렴하고 쉽게 제조할 수 있는 길이 열리게 될 것
이라고 전했다.





한편
연구팀은 이번 황화실리콘을 고체전해질뿐만 아니라 액체전해질
기반의 리튬이온전지 음극 활물질 분야에도 적용하여 유의미한 결과(방전 과정에서의 층상구조
소멸 및 회복 현상 세계최초 규명)를 얻기도 했다. 이러한
황화실리콘 관련 전반적인
연구결과는
우수성을 인정받아 에너지연료 분야 세계적 논문인 저널 오브
머터리얼즈
케미스트리 에이(Journal of Materials Chemistry A, IF: 14.511)의 표지논문으로 최근 선정됐다.

KERI는 해당
기술에 대한 특허 출원을 준비하고 있다
. 또한 이번
성과가 전고체
전지 관련 기업(고체전해질
생산 및 극판
/멤브레인
제조 장비 기업
, 극판 전해질막
및 셀
제조업체 등)의 많은
관심을 받을 것이라 보고
, 관련
수요업체를 발굴하여 황화실리콘
제조 공정의
스케일업
(Scale-up) 및 상용화를 추진한다는
계획이다
.

파일
주소 링크 http://www.keri.re.kr/_prog/_board/?code=sub0601&mode=V&no=13893&upr_ntt_no=13893&site_dvs_cd=kr&menu_dvs_cd=0601

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