최적의 전고체 전극 설계 가능해 상용화 더욱 앞당길 것으로 기대
[대학저널 임지연 기자] DGIST(총장 국양) 에너지공학전공 이용민 교수 연구팀이 KAIST(총장 신성철) 기계공학과 이강택 교수 연구팀과 함께 디지털 트윈 기술 기반의 전고체 전극 결함 분석 기술을 개발했다.
이용민 교수 공동연구팀은 산화물계(Oxide) 전고체 전지의 성능저하 원인을 수치화시켜 정량화하는데 성공했다. 산화물계 전고체는 널리 알려진 황화물계(Sulfide) 전고체보다 대기 안정성이 높고 공정이 쉽지만 성능이 낮은 단점이 있다. 이 때문에 산화물계 전고체 전지는 성능 개선 문제만 해결된다면 상용화가 더욱 쉬울 수 있다.
연구팀은 전극의 결함 분석을 위해 미리 제조된 산화물계 고체전해질과 에너지 저장공간인 활물질을 포함한 전고체 전극의 측면 이미지를 깎아 수백 장의 단층 촬영(tomography) 이미지를 얻어냈다. 이를 3차원 디지털 트윈 기술을 이용해 실물 전극과 똑같이 모사한 후 슈퍼컴퓨팅을 활용해 다양한 분석을 진행했다. 이를 통해 전극 제조 과정에서 훼손된 고체 입자나 파편, 전도성 입자 간 연결성 부족으로 인한 비활성 입자, 낮은 변형 특성을 갖는 산화물계 고체전해질 및 활물질 간 좁은 반응 면적 등 다양한 결함을 시각화, 정량화했다.
이용민 교수는 “불분명했던 전고체 전극의 낮은 성능 원인을 시각화하고 수치화 할 수 있다는 점이 이번 연구의 큰 성과”라며 “해당 기술을 더욱 고도화해 전고체 전극 성능 최적화를 위한 핵심 플랫폼 기술로 발전시켜 전고체 전지 상용화를 앞당기는 데 기여하겠다”고 밝혔다.
한편 이번 연구는 DGIST 에너지공학연구소 박주남 박사와 KAIST 기계공학과 배경택 박사과정생이 공동1저자로 참여했고, 에너지 소재 분야 국제학술지 ‘나노 에너지(Nano Energy)’에 10월 9일자 온라인판에 게재됐다.
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