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고체 배터리는 열폭발의 위험이 낮다. 에너지 밀도가 높고, 더 빠르게 충전과 방전이 가능하다. 추운 온도에서 더 나은 성능을 발휘하며, 더 오래 지속된다.
레이어 간의 결합을 개선하기 위해 특수 코팅을 추가하면 일부 문제가 해결되지만 제조비용이 증가하게 된다.
그 과정에서 세라믹 화합물로 만들어진 고체 배터리 소재가 가열돼 음극과 전해질 사이에 결합이 만들어진다. 순수한 산소가 있는 상태에서는 코팅 비용을 추가로 들이지 않고도 최상의 코팅 표면 성능과 일치하는 결합을 형성할 수 있다고 한다. 이 연구 결과는 최근 어드밴스 에너지 머티리얼즈에 게재되었다.
연구원 빌게 일디즈는 "고체 배터리의 주요 장점은 더 안전하고 높은 에너지 밀도를 가지고 있다"고 말했다. 그러나 "그것들은 두 가지 요인, 즉 고체 전해질의 낮은 전도성과 인터페이스 불안정성 문제 때문에 대규모의 상업화를 이루지 못했다"고 덧붙였다.
일디즈에 따르면 전도성 딜레마는 효과적으로 해결되었고 합리적으로 높은 전도성 물질은 이미 입증되었다. 그러나 인터페이스에서 발생하는 불안정성을 극복하는 것은 훨씬 더 어려웠다고 한다.
이러한 불안정성은 배터리 제조 및 전기화학적 작동 모두에서 발생할 수 있지만, 현재 연구원들은 제조, 특히 소결 공정에 초점을 맞추고 있다.
소결이 필요한 이유는 세라믹 층을 단순히 서로 눌러 붙일 경우 그 층 사이의 접촉 거리가 멀기 때문이다. 간극이 너무 많고 인터페이스의 전기 저항은 높다. 소결은 각 물질의 원자들이 다른 물질로 이동하여 결합을 형성하게 한다.
이 팀의 실험은 수백 ℃ 이상의 온도에서, 심지어 아주 적은 양이라도 이산화탄소가 존재할 경우 인터페이스에서의 저항을 증가시키는 해로운 반응이 일어난다는 것을 보여주었다.
연구팀은 이산화탄소를 피하고, 특히 소결하는 동안 순수한 산소 공급을 유지하는 것이 700℃의 온도에서 해로운 화합물이 형성되지 않고 매우 좋은 결합을 만들 수 있다는 것을 증명했다.
김진영 글로벌이코노믹 기자
