전고체 배터리

기존 리튬이온의 문제점 
   기존의 리튬이온 전지는 전해질이 액체로서 이온전도성은 좋으나, 발화나 가스 발생 등 안전성에 취약하다. 리튬 금속을 음극재로 사용할 경우 배터리 충방전이 계속되면 리튬 덴드라이트(Dendrite) 형성으로 전지 내부에서 내부단락이 발생해 폭발의 우려가 있다. ​

전고체 전지
  전고체 전지는 기존의 액체 전해질과 분리막이 고체로 구성된 리튬이온전지로 화재와 같은 발생 가능성이 매우 낮아 안전성이 뛰어나다. 리튬 금속을 음극재로 사용하더라도 전해질이 고체상이므로 리튬 덴드라이트 형성을 방지한다. 따라서 매우 높은 에너지 밀도를 가진 전지의 제조가 가능하다.

전고체 배터리 해결과제
- 고체전해질을 이용한 전고체전지에서도 리튬 덴드라이트 현상이 발견되고 있다. 
- 고체전해질은 활물질과 전해질간의 계면저항이 크며 이온전도성이 낮다. 
- 액체전해질과 버금가는 수준의 전도도를 보이는 LGPS가 발표되어 기대감이 높아지고 있고, 이에 따라서 벌크형 전고체 전지가 연구되고 있다. 하지만 기존 리튬이온전지와 구조가 많이 달라 제조공정이 변경되어야 한다.

산화물계 고체 전해질
  - Perovskite 구조, Garnet 구조, NASICON 구조
  상온에서 10-4~10-3S/cm의 낮은 이온전도도로 개선 연구가 진행 중이다.(S=지멘스)   

황화물계 고체 전해질
 - 액체 전해질 수준의 높은 이온전도도를 보인다.(10-2 ~10-3S/cm)
 - 공기에 대해 화학적으로 불안정하다.
 - 수분과 반응 시 치명적인 황화수소(H2S)를 발생시키는 단점이 있다.

 

출처:
https://content.v.kakao.com/v/60669e61eabf27577c78f651

"폭발 없다" 전고체 배터리

 

 

관련 문항: (차량기술사 2022년 126회차 1교시 1번 문제)

전기자동차에서 사용되고 있는 배터리 종류 중 전고체(Solid state) 배터리의 특징에 대해 설명하시오.