DGIST, ‘세계 최고 성능’ 제올라이트 기반의 복합고체전해질 개발

김재현 책임연구원(왼쪽 위에서 세번째)과 연구진들(사진제공=DGIST)

DGIST(총장 국양)는 에너지융합연구부 김재현 책임연구원 연구팀이 제올라이트 기반의 복합고체전해질을 제작했다고 20일 밝혔다. 향후 폭발이나 화재의 염려가 없는 웨어러블 디바이스 전원용 배터리 구현에 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

연구팀은 폴리머에 SiO2와 Al2O3로 주 골격을 형성하는 다공성 YNa 제올라이트와 리튬염을 혼합한 새로운 복합고체전해질을 제조했다.

기존 제올라이트는 폴리머에 균일하게 분산되지 않는 단점이 있었으나, 본 연구에서는 리튬염의 농도를 조절함으로써 제올라이트의 균일한 분산 및 리튬이온배터리의 리튬 메탈 음극 계면에서 리튬 덴드라이트의 형성을 억제할 수 있는 기술 개발하는데 성공했다.

또한, 이 복합고체전해질은 기존 폴리머 고체 전해질의 낮은 기계적 강도와 산화물 또는 황화물 고체전해질의 유연하지 못하다는 단점을 모두 극복할 수 있다.

비표면적이 넓은 다공성 YNa 제올라이트는 효과적인 리튬이온 전달을 가능하게 해 세계적 수준의 리튬이온 전달율을 보였으며, 60 °C에서 1.66 × 10-2 Scm-1의 이온전도도와 100 사이클에서 95%이상의 용량 유지율을 보였다.

또한, 리튬덴드라이트 형성이 없기 때문에 리튬 증착과 탈착 사이클 테스트에서도 200 μA/cm2의 높은 전류밀도에서 1500 사이클 이상 안정적으로 구동되는 특성을 보였다.

김재현 책임연구원은 “제올라이트 기반의 복합고체전해질 연구는 거의 없었으나 수많은 시행착오에도 포기하지 않고 계속 연구한 결과 세계 최고 성능의 고체전해질을 제작할 수 있었다”며 “본 고체전해질은 구부려질 수 있기 때문에 향후 폭발이나 화재의 염려가 없는 웨어러블 디바이스 전원용 배터리 구현에 매우 유용하게 사용될 수 있을 것”이라고 말했다.

홍성철 기자 [e-mail]