성큼 다가온 전고체 세상…떠오르는 `할라이드계` [소부장박대리]

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성큼 다가온 전고체 세상…떠오르는 '할라이드계' [소부장박대리]

디지털데일리 발행일 2024-07-23 13:24:44

배태용 기자

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MS, AI 활용 신소재 4종 개발…가격 혁신 기대

[디지털데일리 배태용 기자] "최근에 와서 전고체 전지는 '할라이드계'가 대두되고 있습니다. 중국은 상대적으로 뒤처진 전고체 전지 기술을 따라잡기 위해 이를 하나의 비밀 무기로 생각하고 있는 수준이고, 이외 다른 국가 기업들도 개발에 나서고 있습니다." (이두연 SNE리서치 부사장)

이두연 SNE리서치 부사장은 23일 강남 소재 한국과학기술회관에서 열린 제 1회 'SNE 배터리데이' 발표자로 나서, 글로벌 배터리 리더들의 차세대 배터리 기술 개발 현황에 관해 소개했다.

그에 따르면 전기차 캐즘(일시적 수요 둔화)이 본격화하며 글로벌 배터리 기업들은 차세대 배터리 개발에 속도를 내고 있다. 충⋅방전시간, 출력, 안전성, 가격, 수명 등을 획기적으로 개선한 배터리 개발이 지금의 재즘에서 탈출할 핵심 키(Key)나 마찬가지기 때문이다. 특히 그 중심에는 고체 전해질이 자리하고 있다.

고체 전해질은 종류에 따라 무기계, 폴리머계, 유무기 하이브리드계로 나뉜다. 현재까지 발굴된 무기계 고체 전해질 소재는 물질을 구성하는 음이온 종류에 따라 황화물계, 산화물계, 할라이드계 소재로 구분된다.

그중에서도 이 부사장은 최근 할라이드계가 떠오르고 있다고 소개했다. 그는 "할라이드계 고체 전해질은 2018년 일본 파나소닉(Panasonic)이 높은 이온전도도를 갖는 소재를 발굴하면서 다시 주목받고 있다"라며 "일본, 중국, 한국, 캐나다, 미국, 독일 등 산⋅학계 쪽을 중심으로 해서 활발하게 연구가 되고 있다"라고 설명했다.

할라이드계 고체 전해질은 황화물 고체 전해질보다 이온전도는 낮지만, 기계적 물성이 유사하고 양극 소재에 대한 화학적 안정성이 높다는 장점이 있다. 다만, 금속 이온을 포함(Li3MX6, M:metal, X:halide anion)하고 있어 리튬 음극에 대한 안전성이 취약하다. 이 때문에 현재 할라이드계 전해질은 양극용 고체 전해질로 주로 사용되고 있다.

다만 최근 기업들의 연구개발이 확대되며 괄목할 만한 성과도 거뒀다고 소개했다. 이 부사장은 "마이크로소프트는 AI(인공지능) 기술을 통해 전고체 전지 개발에 참전, 80시간에 18개 종류의 재료를 새롭게 발견했다"라며 "불활성 기체, 귀금속, 란타노이드 등을 제외한 504개의 원소를 대상으로 약 3260만 종류의 결정성을 가진 물질을 기계 학습 모델을 통해 스크리링, 이 과정에서 학적인 안전성, 리튬 조성비, 산화 안정성 등을 기준으로 771종류의 후보 물질을 선정했다"라고 설명했다.

이어 "이후, DFT(밀도 범함수 이론) 계산과 분자 동력학 시뮬레이션을 통해 후보 물질을 147개로 압축했다"라며 "그러면서 기계 학습 모델을 다시 한번 적용하고 배터리 전문가들의 검토를 거쳐 최종적으로 18종류의 물질을 선정했고, 이 물질을 실험실에서 직접 합성, 최종적으로 4가지의 새로운 배터리 소재가 개발됐다"라고 설명했다.

그러면서 그는 "4가지 새로운 소재는 리튬 함량을 줄이고 다른 풍부한 원소를 사용할 수 있다"라며 "자원 확보 경쟁 완화와 배터리 생산 비용 절감에 기여할 것으로 기대된다. 전기차와 같은 고성능 배터리 응용 분야에서 큰 기대를 모으고 있다"라고 설명했다.