[더구루=정예린 기자] '꿈의 배터리'라 불리는 전고체 배터리 상용화 난제를 풀 실마리가 나왔다. 저온에서 균일한 압력을 가하는 방식을 채택하면 대량 양산 조건을 만들 수 있다는 분석이다.
1일 미국 화학회(American Chemical Society, ACS)가 작년 10월 발행한 국제 학술지 'ACS 에너지 레터스(ACS Energy Letters)'에 따르면 미 에너지부(DOE) 산하 오크리지국립연구소(ORNL)는 '전고체 배터리의 대규모 생산에서 등방향가압(Isostatic Press, ISP)의 역할'이라는 제목의 논문을 게재했다.
등방향가압은 기계 내부의 물, 오일, 아르곤과 같은 유기체를 사용해 배터리 구성 요소 전체 표면에 일관된 압력이 가해지도록 하는 기술이다. 그동안 등방향가압 기술을 배터리 생산 공정에 적용하는 사례는 거의 연구되지 않을 정도로 학계의 관심을 받지 못했으나 연구진은 이를 통해 전고체 배터리 상업 생산을 이룰 수 있을 것으로 봤다.
연구팀은 등방향가압 기술이 단단하고 균일하고 얇은 전해질 층을 생성하고, 원활한 이온 이동을 위해 레이어 간 높은 접촉 수준을 유지한다는 사실을 발견했다. 다양한 재료, 온도, 압력 조건에서도 긍정적인 연구 결과를 확인했다.
조건 조합에 따라 차이는 있었다. 일반적으로 등방향가압 기술이 고온이나 상온에서 활용되는 것과 달리 연구팀은 저온에서 가공하기 쉽고 이온 이동에 유리한 결정 구조를 가진 부드러운 전해질 재료를 사용했을 때 가장 좋은 결과를 얻었다는 게 연구팀의 설명이다.
전고체 배터리는 양극과 음극 사이 이온이 오가는 길인 전해질을 고체로 만들어 사용하는 제품이다. 액체 전해질을 쓰는 기존 리튬 이온 배터리보다 화재나 폭발 위험이 적다. 높은 에너지 밀도, 빠른 충전 속도도 장점으로 꼽힌다. 업계에서는 전고체 배터리 시장이 2035년 28조원 규모로 성장할 것으로 전망하고 있다.
맘 딕시트 박사는 "모든 재료에는 연구자들이 활용하고자 하는 고유한 장점이 있기 때문에 상온에서 화씨 수천 도에 이르는 어느 곳에서나 등방향가압 기술을 사용 할 수 있어야 한다"며 "이는 폴리머에서 산화물에 이르기까지 모든 범위의 재료를 사용할 수 있음을 의미한다"고 밝혔다.
