[대학저널 오혜민 기자] 건국대학교 KU융합과학기술원 김기재 미래에너지공학과 교수 연구팀과 전자기술연구원 조우석 차세대전지연구센터 박사 연구팀이 전고체전지 연구 공간전하층 생성 제어 기술 개발했다.
건국대에 따르면 연구팀은 황화물계 전고체전지에서 양극과 고체전해질 계면에서 성능 열화를 유발하는 원인 중 하나로 알려진 공간전하층 생성을 제어할 수 있는 기술을 개발했다.
연구 결과는 에너지화학분야 학술지 ‘Advanced Energy Materials’에 지난달 16일 온라인 게재됐다. 제 1저자는 KU융합과학기술원 미래에너지공학과 박사과정 1년차 박보근 씨다.
공간전하층은 종류가 다른 두 물질의 계면에서 전자나 이온의 이동으로 생성되는 얇은 절연층을 말한다. 황화물계 전고체전지에 사용되는 양극소재는 산화물계이고, 고체전해질은 황화물계이기 때문에 두 물질이 접하는 계면에서는 공간전하층이 발생하게 되며 이는 높은 계면저항을 유발하기에 전고체전지의 성능과 수명특성의 열화(劣化)를 일으키는 원인 중 하나로 알려져 있다.
연구팀은 공간전하층 생성을 획기적으로 제어할 수 있는 기술을 개발함으로써 액체전해질을 사용하는 리튬이차전지 성능과 유사한 황화물계 전고체전지 개발에 성공했다.
연구팀은 유전체 물질마다 고유 특성이 다르기 때문에 공간전하층 생성을 완화시키는데 있어 유전체 물질의 고유 특성이 영향을 크게 미칠 것이라 판단했고, 이에 따라 다양한 종류의 유전체 물질들을 이용해 유전체 물질의 유전 상수 크기가 공간전하층 생성 완화에 미치는 영향, 상유전체와 강유전체 물질이 공간전하층 생성 완화에 미치는 영향을 규명했다.
이번 연구는 황화물계 전고체전지 양극과 고체전해질 계면에서 발생하는 공간전하층 생성을 제어할 수 있는 방안을 체계적으로 제시하고 있어 향후 황화물계 전고체전지 양극과 고체전해질 계면 설계의 가이드라인으로서의 핵심적 역할을 할 수 있을 전망이다.
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