[더구루=정예린 기자] 전고체 배터리의 이온 전도성을 높여줄 새로운 산화물계 고체 전해질이 나타났다. 상용화 걸림돌로 작용돼 왔던 낮은 전도성 문제를 해결하고 배터리 업계에 새로운 패러다임을 제시할 수 있을지 주목된다. 

5일 일본 명문 사립대인 도쿄이과대에 따르면 순수응용과학과 교수진과 자동차 부품 기업 '덴소' 소속 연구원으로 구성된 공동 연구팀은 최근 피클로르형 옥시플로라이드(pyrochlore-type oxyfluoride) 형태의 리튬이온 전도체를 발견했다. 이 소재는 전고체 배터리의 산화물 고체 전해질로 활용할 수 있다. 

연구팀은 고온과 저온에서 모두 피클로르형 옥시플로라이드 고체 전해질이 기존 산화물계 고체 전해질보다 뛰어난 전도성을 보인다는 사실을 확인했다. 저온에서는 상온에서 산화물계 고체 전해질의 전도성보다 뛰어난 것은 물론, 황화물계를 포함해 알려진 모든 고체 전해질 종류 중 가장 높은 전도성을 기록했다. 영하 10도부터 영상 100도 이상에서 이온이 양극과 음극 사이를 활발하게 오갔다. 

신소재는 안전성에서도 다른 소재 대비 강점을 가진다. 손상되더라도 발화되지 않아 큰 규모의 화재 사고 등을 예방할 수 있다. 고온에서 사용 가능하면서도 안전성을 갖춰 전기차는 물론 비행기, 가전제품, 의료기기 등 다양한 분야에서 활용 가능하다는 게 연구팀의 설명이다.

전고체 배터리에 쓰이는 고체 전해질은 구성 원료에 따라 △황화물계 △산화물계 △고분자계 등 크게 3가지로 나뉜다. 이중 이온 전도율이 가장 높은 황화물계 고체 전해질을 상용 전고체 배터리에 사용하기 위해 관련 연구개발이 활발하다. 

하지만 황화물계 결정 구조는 습기와 수분에 민감하다. 황화물이 수분과 만나면 독성 물질인 이황화수소를 형성하기도 한다. 황화물 고체 전해질과 전극 사이에 생기는 폭발성 분해 생성물로 열에 대한 안정성 문제 또한 지적되고 있다. 피클로르형 옥시플로라이드 고체 전해질은 이를 해결하고 새로운 대안으로 자리잡을 수 있을 전망이다. 

후지모토 겐지로 도쿄이과대 순수응용과학과 교수는 "새로 발견된 물질은 공기 중에서 안전할 뿐만 아니라 이전에 보고된 산화물 기반 고체 전해질보다 더 높은 이온 전도도를 나타낸다"고 강조했다.

이어 "이 물질은 낮은 온도에서 높은 온도까지 광범위한 온도에서 작동할 수 있는 혁신적인 배터리 개발에 유망하다"며 "전기차용 전고체 배터리의 고체 전해질을 개발하는 데 필요한 성능을 만족한다고 생각한다"고 덧붙였다. 

한편 도교이과대와 덴소 간 연구 결과는 지난달 물리화학 분야에서 저명한 학술지 ‘케미스트리 오브 머티리얼즈(Chemistry of Materials)’에 '피로클로르형 고체 전해질의 높은 리튬 이온 전도도 Li2–xLa(1+x)/3M2O6F(M = Nb, Ta)’라는 제목의 논문으로 게재됐다.