야스이 신타로 도쿄공대 교수가 이끄는 연구팀이 진공장비 없이 전고체 배터리를 생산하는 기술을 개발했다고 닛케이아시아가 30일 보도했다. 기존 리튬이온 배터리에서 액체 상태로 주입하는 전해질을 고체화 한 게 전고체 배터리다. 리튬이온 배터리 대비 폭발 위험이 낮고, 에너지 밀도는 더 높다는 점에서 ‘꿈의 배터리’로 꼽힌다. 

문제는 생산 원가가 리튬이온 배터리 대비 10~20배 이상 높다는 점인데, 이는 전해질로 쓰일 황화물계 화합물을 다룰 때 고가의 진공 장비가 필요하기 때문이다. 황화물 전해질은 물과 쉽게 반응하고, 공기에 노출되면 불안정해지는 탓에 대기압에서 공정을 진행할 수 없다.

현재 리튬이온 배터리 생산 공정은 롤투롤 기반의 검증되고 저렴한 기술로 표준화 돼 있다. 그럼에도 완성차 및 배터리 업계가 배터리 생산원가를 낮추기 위해 갖은 노력을 다하고 있다. 따라서 고가의 진공장비를 동원해 생산한 전고체 배터리는 구현은 할 수 있으되, 가격 경쟁력을 감안하면 양산차에 적용하는 건 불가능하다. 

도쿄공대의 대기압 공정 기반 전고체 배터리 생산 기술은 이러한 측면에서 의미가 있다. 야스이 교추측에 따르면 새로 개발된 전해질은 리튬붕소산화물을 기반으로 하며, 비휘발성⋅불연성 리튬염과 혼합돼 슬러리(반죽) 상태로 만든다. 이후 양극재, 혹은 음극재와 교차로 슬러리를 코팅한 뒤 건조하면 전고체 배터리가 완성된다. 

연구팀은 샘플 제작한 전고체 배터리를 필름으로 밀봉한 뒤, 상온에서 2.4V 구동 성능을 측정했다. 그 결과 배터리 성능 지표인 이온 전도도는 1㎝ 당 5.9mS(밀리지멘스)로 측정됐다. 충방전 사이클 수명은 300회로 다소 부족했는데, 연구팀은 향후 이를 1000회까지 늘리는 연구에 집중할 계획이다. 또 140℃ 이상의 높은 온도에서는 성능이 발현되지 않아 이 부분에 대한 개선도 필요하다고 연구팀은 설명했다. 

야스이 교수는 “10년 내 상용화를 목표로 연구를 지속하겠다”고 말했다.