- 배터리 전극 구성성분 분포 하악하는 영상화 기법 개발

[디지털데일리 김도현기자] 한국과학기술원(KAIST)이 전고체전치 개발에 앞장선다.

19일 KAIST(총장 신성철)는 신소재공학과 홍승범 교수 연구팀이 원자간력 현미경(AFM)을 이용, 배터리 전극 구성성분 분포를 파악하는 영상화 기법을 개발했다고 밝혔다.

해당 기술은 차세대 배터리로 주목받는 전고체전지 설계를 용이하게 할 수 있다. 다른 전기화학 소재의 제조 공정도 혁신할 것으로 기대된다.

전고체전지는 양극과 음극 사이 전해질을 액체가 아닌 고체로 대체한 배터리다. 부피를 절반으로 줄이면서 대용량 구현이 가능해 완전 충전 시 최대 주행거리가 800킬로미터(Km)에 달한다.

다만 전고체전지가 자리 잡기 위해서는 낮은 이온전도도와 전극-전해질 계면의 접합성 문제를 해결해야 한다. 이를 위해 리튬이온전도체가 분산된 복합 전극에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 전지 구동 성능에 큰 영향을 미치는 복합 전극의 재료적 특성을 이해해야 한다. 이를 위해서는 미시적 규모로 혼합된 활물질, 이온전도체, 바인더, 도전재 등 구성성분의 형상과 분포를 파악할 수 있는 기술이 필요하다.
홍 교수 연구팀이 개발한 영상화 기법은 거시·미시적 다중 스케일에서 전기화학 변위 현미경과 횡력 현미경 등 원자간력 현미경의 다양한 기능을 활용해 위치에 따른 검출 신호의 감도 차이로 구성성분들의 영역을 구별해 해결했다.

기존 전극과 복합 전극을 비교해서 결과를 제시했다. 영역들의 구별뿐만 아니라 단일 영역 내에서 나노 스케일의 이온 반응성 세기 분포와 마찰력 세기 분포의 상관관계 파악을 통해 바인더 구성 비율이 이온 반응성에 미치는 영향을 파악했다.

홍 교수는 "원자간력 현미경을 이용해 개발된 분석 기법은 복합 소재 내의 각 구성성분이 물질의 최종적인 성질에 기여하는 역할을 정량적으로 이해하는 데 유리하다" 면서 "이 기술은 차세대 전고체전지의 설계 방향을 다중 스케일에서 제시할 것"이라고 강조했다.

<김도현 기자>dobest@ddaily.co.kr