[더구루=정예린 기자] 암석에서 추출한 광물을 전고체 배터리용 전해질로 사용할 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 상용화될 경우 제조 원가를 획기적으로 절감, 전고체 배터리 시대를 앞당기는 마중물 역할을 할 수 있을지 주목된다. 

10일 덴마크 공과대학(DTU)에 따르면 모하마드 코슈칼람(Mohamad Khoshkalam) 박사후연구원이 이끈 연구팀은 대표적인 암석 규산염인 규산나트륨과 규산칼륨을 기반으로 한 초이온성 신소재를 개발했다. 규산염의 낮은 이온 전도성 문제를 해결, 전고체 배터리의 고체 전해질로 활용할 수 있는 기반을 마련했다. 

규산염은 지구 표면의 90% 이상을 덮고 있는 암석에서 쉽게 발견할 수 있는 광물이다. 지구에서 가장 흔한 광물 중 하나인 만큼 저렴하고 공급이 원활하다. 실온에 가까운 약 40도에서 이온을 전도할 수 있고 습기에 민감하지 않아 배터리 생산에 투입하기 위한 가공·처리 환경이 까다롭지 않다는 점도 장점이다. 

문제는 낮은 이온 전도성이다. 규산염은 일반적으로 쓰이는 액체 혹은 고체 전해질보다 크고 무거워 전도성이 낮은 것으로 알려진다. 배터리 용량, 충전 시간, 수명, 안전성 등을 개선하기 위해서는 전해질의 높은 전도성이 담보돼야 한다. 전해질의 전도도는 양극과 음극 사이 이온이 오가는 길인 전해질에서 이온이 얼마나 빨리 움직일 수 있는지에 따라 달라진다. 

코슈칼람 연구팀은 규산칼륨과 규산나트륨 기반 초이온성 물질의 이온을 리튬 기반 전해질보다 더 빠르게 움직일 수 있게 하는 공정에 대한 레시피를 개발했다. 액체 기반 전해질은 물론 고체 리튬 기반 전해질보다도 성능이 더 뛰어나다는 게 연구팀의 설명이다. 

새로운 공정 레시피를 토대로 최근 이 기술에 대한 특허도 확보했다. 연구 결과는 재료·공학 분야 국제학술지 '어드밴스드 엔지니어링 머트리얼스(Advanced Engineering Materials)'에 '지구에 풍부한 암석-규산염에서 빠른 K+ 수송 역학을 통해 실현된 신속한 고체 가스 감지(Rapid Solid-State Gas Sensing Realized via Fast K+ Transport Kinetics in Earth Abundant Rock-Silicates)'라는 제목의 논문으로 게재됐다. 코슈칼람 박사후연구원은 이 논문의 책임 저자로 이름을 올렸다.

다만 업계에서는 규산염 기반 고체 전해질을 사용한 전고체 배터리가 실제 전기차에 탑재돼 상용화 되는 데는 최소 10년 이상이 걸릴 것이라고 내다보고 있다. 아직까지 기술 준비 수준이 낮을 뿐만 아니라 기술적 난이도가 높기 때문이다.  

코슈칼람 박사후연구원은 업계 우려에도 불구하고 규산염 기반 전고체 배터리용 전해질을 상용화를 자신했다. 상용화 프로젝트를 본격 추진하기 위해 스타트업 'K-이온(K-Ion)'도 설립할 예정이다. 단순 연구에 그치지 않고 1~2년 내 전고체 배터리 프로토타입을 만들어 시장에 선보인다는 목표다. 

코슈칼람 박사후연구원은 "배터리 구성 요소를 사용해 처음 테스트한 결과, 이 소재(규산염 기반 전해질)는 고체 전해질로서 매우 우수한 전도성을 가지고 있음이 밝혀졌다"며 "우리는저렴하고 효율적이며 친환경적이고 확장 가능한 고체 전해질을 위한 소재를 찾을 수 있다는 것을 입증했다"고 밝혔다.