[관련동향] 전고체배터리 연구를 위한 범용적 설계방법론의 탄생!

[관련동향] 전고체배터리🔋 연구를 위한 범용적 설계방법론의 탄생!

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안녕하세요.

We Make Your Idea Possible! 일신오토클레이브입니다.

 

요즘같이 더운 여름, 무더위를 피해 여행을 떠나시는 분들 많으시죠? 당장 여행 짐을 꾸린다면 휴대폰 충전을 위한 보조배터리부터 챙기는 사람이 있을 정도로 우리 생활 속 필수품이 되어버린 것 중 하나가 바로 배터리🔋!

하지만 얼마전 발생한 전기차 화재 사고가 시사하듯이 안전성은 배터리 산업이 정복해야할 아주 중요한 과제⭐ 중 하나라고 할 수 있어요.

 

이러한 기존 리튬이온전지의 최대 단점으로 지적되는 인화성을 개선하고, 차세대 전지로 주목받고 있는 것이 바로 오늘의 주인공인 🔋전고체 배터리🔋인데요, 이번에는 또 어떤 따끈따끈한 소식이 발표되었는지 알아볼까요?

 

 

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전고체 전지는 리튬이온전지의 단점인 인화성의 액체 전해질 대신 비인화성의 고체 전해질을 활용해 화재의 위험에서 안전한 이차전지다. 효율적인 셀과 시스템 구조 설계를 통해 에너지밀도까지 크게 높일 수 있다는 장점으로 널리 연구되고 있으나 아직 셀을 설계하기 위한 과학적인 가이드라인이 없는 상태다.

 

연구팀은 전극의 설계 조건을 균형 임계값, 투과 임계값, 부하 임계값으로 정의하고 이를 통해 전고체 전지를 설계하는 범용적 방법론을 제시했다.

 

고안된 설계 방법론을 적용해 0.5Ah(암페어시)의 용량에서 310Wh/kg(킬로그램당 와트시)의 높은 에너지 밀도를 갖는 파우치형 전고체전지 적층셀을 제작하는 데 성공했다. 상용 리튬이온전지의 에너지 밀도는 최대 250Wh/kg 수준이다. 제작된 셀은 한국건설생활환경시험연구원의 공식 시험 인증까지 획득해 성과의 우수성을 증명했다.

 

 

고에너지밀도 적층형 전고체전지 파우치셀 개발 결과 (벤치마크 그래프에서 우상단으로 갈수록, 원의 크기가 클수록 에너지밀도와 용량이 큼, 연구진의 성과는 This Work 부분 참조 요망) (출처: 한국에너지기술연구원)

 

 

연구진은 개발한 설계 방법론을 누구나 쉽게 사용할 수 있도록 전고체전지 설계 툴킷 'SolidXCell'을 개발했다. ‘SolidXcell’은 다중 스케일과 다중 인자 기반의 복잡한 전고체전지 설계를 직관적이고 체계적으로 설계할 수 있는 디자인 플랫폼이다. 일반 연구자들이 전고체전지 설계에 활용할 수 있도록 논문의 보충자료로 무상 배포 중이다.

 

현재 공동 연구팀은 한국산업기술진흥원과 울산광역시의 지원을 받아 국내 최초의 차세대 배터리 실증화를 지원하는 '차세대 이차전지 상용화 지원센터'를 구축하고 있다. 향후 관련 기업에 전고체전지, 리튬금속전지, 리튬황전지의 프로토타입을 제조하고 평가, 분석할 수 있는 인프라를 제공할 예정이다.

 

 

뉴스기사 출처

헬로디디: https://www.hellodd.com/news/articleView.html?idxno=104999

최대 단점 '인화성' 제거한 리튬이온전지 설계법 개발 - 헬로디디

 

 

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일반적으로 전고체 배터리는 복합 양극, 음극, 고체 전해질로 구성되는데, 양극을 구성하는 입자가 촘촘할수록 에너지 밀도가 올라간다고 합니다. 이에 연구진은 입자가 최고밀도로 구성되는 ‘입방 최조밀‘ 구조를 기반으로, 고체 전해질이 입자 간의 공간을 메꾸는 표준 비율을 ‘균형 임계값’으로 정의해 전지 설계 방향을 정하는데 활용한 것이죠.

 

이번 연구 성과를 발표한 한국에너지기술연구원에 따르면 최근까지 전고체 전지와 관련한 기초 연구 성과가 다수 창출됐지만 전지의 전극과 셀을 설계하기 위한 과학적인 가이드라인이 부재한 상태였다고 해요🥲.

그렇다 보니 주로 연구자의 경험에 의존해 소재를 조합하고 설계 인자를 제어하는 비효율적인 연구 개발이 이뤄지고 있었다고 하는데요, 이번 연구를 통해 제시된 솔루션이 잘 활용된다면 연구 효율 증진 효과도 노려볼 수 있겠죠?

 

 

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전고체 배터리는 전극과 전해질이 모두 고체이다보니 저항이 높아 이 계면저항을 줄이는 공정이 필수라고 할 수 있어요. 그리고 그 공정이 초고압 압착공정인데요, 고압 기술의 전문가 일신오토클레이브라면 가능하다는 말씀!

 

일신오토클레이브의 WIP(온간 정수압 프레스)는 밀폐된 압력용기 안에 유체를 채워넣고 압력을 가하면 반응기 내부 모든 곳에 같은 크기의 압력이 전달되는 원리를 이용한 장비로, 전고체 배터리 생산 공정 뿐만아니라 각종 전기·전자 소재용 공정에도 활용될 수 있습니다. 하단의 공식 홈페이지 링크에서 더욱 자세한 정보 및 사양을 안내해드리고 있으니 참고하시면 더욱 좋답니다!😁

 

 

 

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※ 참고자료

한국에너지기술연구원: https://energium.kier.re.kr/sub040101/articles/view/tableid/news/category/2/id/6476

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