전고체배터리 핵심 부품, '전사 인쇄' 기술로 생산 가능성↑

국내 연구진이 전고체전지의 핵심 부품인 고체전해질을 얇게 만들면서도 넓은 면적에 결함 없이 균일하게 제조할 수 있는 ‘전사 인쇄’ 공정을 개발했다. 한국화학연구원 강영구 책임·박명수 선임 연구팀은 가닛계 산화물 고체전해질 'LLZTO'를 활용해, 별도 기판에 고체전해질 막을 먼저 만든 뒤 전극에 옮기는 전사 인쇄 방식을 적용했다.

연구팀은 코팅 과정과 전사 과정에 적합한 재료 간 친화도를 한센 용해도 지수(HSP)로 계산해 최적 조건을 설계했다. 그 결과 6×20㎝, 총 120㎠ 면적에서 평균 두께 15㎛, 편차 약 1㎛의 균일한 고체전해질 층을 구현했다. 전해질 성능도 향상되어 25도에서 이번 하이브리드 고체전해질의 리튬이온 전도도는 일반 배터리에 널리 쓰이는 PE 분리막에 동일한 고분자 전해질을 채운 비교군보다 약 50% 높았다. 100회 충·방전 후 용량 유지율은 전사 인쇄 전지가 83.6%, 직접 코팅 전지가 36.1%였다.

화학연은 향후 재료별 한센 용해도 지수(HSP)와 실제 코팅·접착·전사 결과를 데이터로 축적하면 AI를 활용해 수많은 소재 후보 가운데 공정에 적합한 조합을 사전에 선별하는 연구도 가능할 것으로 보고 있다.