전고체 이차전지 상용화 앞당길 전극 결함 분석 기술 개발
DGIST 에너지공학전공 이용민 교수, 에너지공학연구소 박주남 박사, KAIST 기계공학과 이강택 교수, 배경택 박사과정
KAIST 기계공학과 이강택 교수 및 DGIST 에너지공학전공 이용민 교수 공동연구팀이 디지털 트윈 기술 기반의 전고체 전극 결함 분석 기술을 개발했습니다. 산화물계(Oxide) 전고체 전지의 성능저하 원인을 수치화시켜 정량화하는데 성공했고, 이번 연구성과로 전고체 이차전지의 상용화가 더욱 앞당겨질 전망입니다.
산화물계 전고체는 널리 알려진 황화물계(Sulfide) 전고체보다 대기 안정성이 높고 공정이 쉽지만 성능이 낮은 단점이 있어, 이 때문에 산화물계 전고체 전지는 성능 개선 문제만 해결된다면 상용화가 더욱 쉬울 수 있습니다.
연구팀은 전극의 결함 분석을 위해 미리 제조된 산화물계 고체전해질과 에너지 저장공간인 활물질을 포함한 전고체 전극의 측면 이미지를 깎아 수백 장의 단층 촬영(tomography) 이미지를 얻어냈고, 3차원 디지털 트윈 기술을 이용해 실물 전극과 똑같이 모사한 후 슈퍼컴퓨팅을 활용해 다양한 분석을 진행했습니다.
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, 정량화하였습니다. KAIST 기계공학과 배경택 박사과정생이 공동1저자로 참여했고, 에너지 소재 분야 국제학술지 '나노 에너지(Nano Energy)'에 지난 10월9일자 온라인판에 게재되었습니다.
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