전고체 배터리는 무엇인가?

리튬 이온 배터리의 구성은 양극과 음극, 분리막, 전해질 등으로 나뉩니다. 일반적인 경우 전해질은 액체 상태인데, 전고체 배터리는 말 그대로 전해질이 고체 상태인 배터리를 말합니다. 이번 포스팅은 전고체 배터리에 대해서 알아보겠습니다.

 

전고체 배터리란?

전고체 배터리는 다양한 분야에서 이용될 수 있는 유망한 배터리 기술로 여겨지고 있습니다. 아래 그림과 같이 리튬 이온 전지는 양극과 음극, 그리고 분리막과 전해질 등으로 구성되어 있습니다. 전해질은 보통 액체 상태를 이용하여 리튬 이온이 두 전극 사이를 이동할 수 있도록 해 줍니다. 그리고 분리막은 두 전극의 물리적 접촉을 막고, 작은 구멍이 있어 리튬 이온의 이동을 가능하게 해 줍니다. 

출처: 삼성 SDI

 

그런데 전고체 배터리는 전해질로 액체 대신 고체를 사용합니다. 고체 전해질은 스스로 두 전극의 물리적 접촉을 막을 수 있어 분리막의 역할도 할 수 있습니다. 또한 고체 전해질을 사용하면 액체 전해질이 가지는 부피 팽창과 누액 문제 등 안정성과 관련된 문제도 해결할 수 있습니다.

그동안 전고체 배터리의 고체 전해질로 연구되거나 이용된 물질은 황화물 화합물, 인산염 유리 세라믹, 석류석 구조 산화물, 그리고 폴리머 등이 있습니다.

 

전고체 배터리의 장점과 단점

전고체 배터리는 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 배터리보다 에너지 밀도가 높습니다. 그리고 화재나 폭발의 원인이 될 수 있는 누액의 가능성이 없어 안정적이고, 이 때문에 안전성을 확보하기 위한 장치들이 필요 없어 배터리의 부피를 작게 할 수 있습니다. 하지만 전극과 고체 전해질 사이의 계면에서 저항이 높기 때문에 충전과 방전이 느립니다. 

이런 장단점 때문에 저렴하고 안전한 전고체 배터리의 제작이 가능하지만 빠른 충전이 어려워 편의성이 중요한 전기차에서 응용될 수 있을지는 미지수입니다.