폴리머 전고체 배터리는 유기 고체 전해질인 폴리머를 사용한 전고체 배터리이다. 전고체 배터리 고체 전해질에는 무기 고체 전해질인 '황화물계'와 '산화물계'도 있다. 고체 전해질은 액체 전해질에 비해 이온전도도가 낮다는 것이 단점이다. 때문에 전고체 배터리가 상용화되려면 소재 연구가 가장 우선이다. 이 가운데 황화물계 전해질의 전도도와 셀 성능이 우수한 것으로 평가되고 있다. 전고체 전지의 전해물 종류는 산화물, 황화물, 폴리머, 하이브리드로 구분되는데, 종류별로 보면 폴리머 65, 황화물 37, 산화물 21, 하이브리드 10 순으로 비중을 차지한다. 폴리머계는 스타트업이 연구 중이다. 또한 폴리머나 산화물 물질을 배합한 하이브리드 형태도 연구 중에 있다.[1]
폴리머[편집]
드라이 폴리머와 겔 폴리머 두 가지로 분류할 수 있다.
기존 리튬 폴리머 기술과 유사해 활용성이 높다. 전극 계면 형성이 용이하고, 기존 공정과 크게 다르지 않기 때문에 Roll to Roll 공정을 적용할 수 있으며 제조원가도 강점이다. 덴드라이트 생성을 최소화해 리튬메탈과 반응이 안정적이고 Flexible Form Factor를 구현하기에 적합하다.
리튬이온전도도가 낮고, 고온 환경에서만 사용할 수 있는 결정적 단점을 안고 있다. 예컨대 폴리머 고체 전해질은 Poly Ethylene Oxide(PEO)를 기본 물질로 사용하는데, 65~78oC 일 때 10-4 S/cm의 이온전도도를 확보한다.[2]
폴리머 전해질 연구동향[편집]
- 플렉시블 구현
폴리머 전고체 배터리는 플렉시블 배터리를 구현해 웨어러블 기기 등에 응용하기에 유리하다. 플렉시블 배터리가 상용화되려면 Bending 특성, 용량, 수명 특성이 향상돼야 하고, 플렉시블 파우치가 개발돼야 한다. 전지 소재 측면에서는 고체 전해질의 이온전도도와 기계적 물성을 향상시키고 전극과 전해질 간 계면 저항을 개선하며, 고체 전해질 기반의 전지 두께를 극소화(1mm 이하) 하고, 플렉시블 집전체를 개발해야 하는 과제를 안고 있다.
용매가 없는 이상적인 고체 폴리머 전해질은 전해질염이 고형화된 고분자 매트릭스에 녹아 있고, 고분자 사슬의 국소 분절 운동을 통해 전도가 이루어진다. 기본 물질인 Poly Ethylene Oxide(PEO) 비중이 높으면 실온에서 높은 결정성을 가지는 대신 전도도가 낮아지고, PEO 비중이 낮으면 기계적 강도가 취약해진다.
전도성을 향상시키기 위한 기술로서 1) 용매를 가소제(Plasticizer)로 첨가해 합성 폴리머 겔을 형성하거나 2) 무기물 필러(Al₂O₃, TiO₂ 등)를 폴리머에 결합시켜 합성 폴리머 전해질을 만드는 기술이 주로 연구되고 있다. 고분자를 교차 연계해 기계적 안정성을 높이는 기술도 유용하다.[2]
참고자료[편집]
같이 보기[편집]
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