UNIST는 전고체 전지에 센서를 부착해 단락 전조 증상을 조기에 감지할 수 있는 진단 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.
UNIST 에너지화학공학과 이현욱 교수팀은 전고체 전지 외부에 압력 센서와 변위 센서를 부착해, 리튬 수지상 형성을 실시간으로 감지하는 기술을 개발했다. 이 기술은 리튬 금속이 전극 표면에 고르게 도금되지 않고 수직으로 성장할 때 발생하는 압력 및 두께 변화를 측정해 단락 가능성을 진단하는 방식이다.
전고체배터리는 휘발성 액체 전해질을 고체로 대체한 차세대 전지로, 폭발 위험은 낮지만 리튬 수지상에 의해 단락이 발생할 수 있다. 연구팀은 리튬이 전극에 수직으로 성장할 때 압력 변화가 크고 셀 양쪽에서 측정한 변위 차이가 커진다는 사실을 이용해 조기 감지 시스템을 구현했다.
또한 이번 기술은 수지상 형성을 억제할 수 있는 조건도 도출해냈다. 배터리 셀에 가해지는 압력(stack pressure)을 20MPa 이상으로 유지하면, 리튬이 음극에 균일하게 삽입돼 쿨롱 효율이 99.7%에 달하는 것으로 나타났다. 이는 리튬 손실이 거의 없어 충·방전 효율이 높고 수명이 길다는 의미다.
이 교수는 “전고체배터리는 휘발성 전해질이 없어 폭발 위험은 낮지만, 리튬 수지상이 고체 전해질을 뚫으면 셀 내부에서 전기적 단락이 발생할 수 있다”며 “이번 연구는 이런 위험을 사전에 진단할 수 있는 정량적 기준을 마련한 것”이라고 말했다. 이어 “도금의 방향성과 균일성을 실시간으로 파악할 수 있다는 점에서, 전고체전지의 안정성 향상과 상용화에 핵심적인 기반이 될 수 있다”고 덧붙였다.
이번 연구 결과는 국제학술지 ACS Energy Letters 6월 10일자 온라인판에 게재됐으며, 한 달간 가장 많이 본 논문으로 선정됐다. 연구는 ㈜현대자동차, 과학기술정보통신부, 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.