한국전자기술연구원(KETI)은 황화물계 고체전해질의 황화수소 가스 발생량을 저감할 수 있는 소재 기술을 개발했다고 10일 밝혔다.

황화물계 고체전해질은 전고체전지 핵심 소재로 주목받는 물질이다. 전고체전지는 리튬이온배터리의 액체전해질을 고체로 바꾼 전지다. 전고체전지는 폭발 위험이 적으면서 에너지밀도가 높아 차세대 배터리 시장을 주도할 제품으로 꼽히고 있다.

고체전해질을 구성하는 핵심 소재로는 폴리머, 황화물, 산화물 등이 있다. 이 중 황화물계는 연성이 크고 이온 전도도가 높아 고용량 대형 전지 제조에 적합한 것으로 평가받고 있다.

하지만 황화물계 고체전해질은 수분에 대한 반응성이 높아 유해가스인 황화수소가 발생하는 게 단점이었다. 이는 배터리 제조 공정에서 취급을 어렵게 하고, 성능 저하의 걸림돌로 작용했다.

KETI는 이 같은 단점 해결을 위해 고체전해질에 제올라이트 나노입자를 소량 첨가·합성하는 방법을 고안했다. 대기 내 수분과 황화수소 가스를 동시에 흡착하는 제올라이트의 특성을 활용, 황화수소 발생을 줄였다. 제올라이트(Zeolite)는 실리콘과 알루미늄으로 이뤄진 다공성 광물이다.

<제올라이트 첨가 후 양극재 주위에 흡착된 수분과 황화수소>

KETI는 실험 결과 대기(상대습도 50%) 노출 시에도 황화수소 발생량이 3분의 1 수준으로 감소하는 것을 확인했다고 설명했다. 전해질 소재 열화를 방지해 전지 수명을 안정적으로 확보할 수 있고, 전지 자체가 파괴되더라도 황화수소 발생이 줄기 때문에 안전성 강화 효과가 기대된다고 강조했다.

기술 개발을 주도한 KETI 조우석 박사팀은 “첨가제의 개념으로 기존 소재를 활용했기 때문에 신규 소재를 개발하는 것 대비 단기간에 효율적인 기술 확보가 가능했다”며 “차세대 전지 핵심 기술들을 발판으로 향후 고체전해질 신규 소재 개발에도 박차를 가하겠다”고 말했다.

이번 연구는 우수성을 인정받아 재료화학 분야 국제 학술지인 '재료화학 A 저널' 최신호(7월 22일 자)에 게재됐다.