전고체 배터리 상용화가 어려운 진짜 이유
전고체 배터리 개발의 문제점 전고체 배터리의 역사를 보면 1912년 Toyota는 EV 시장에서 경쟁력을 유지하기 위해 자동차산업 애플리케이션을 위한 배터리에의 실험적 연구를 수행하기 시작했습니다. 동시에 폭스바겐은 전문적인 스타트 업과 파트너십을 맺기 시작했고, 1993년 콜로라도대학 연구원들은 철-황 케미스트리를 기반으로 한 고체 복합 양극을 사용하여 기존보다 더 높은 에너지 용량을 구현하는 배터리를 발표했습니다. 2017년 리튬 이온 배터리 공동 발명가인 존 굳 이너프 교수는 유리 전해질과 리튬, 나트륨 또는 칼륨으로 구성된 알칼리 금속 음극을 사용하는 고체 배터리를 공개했습니다. 이 개발 논문을 시작점으로 했을 때 2013년부터 지금까지 약 10년이 지났습니다. 업계에 목표인 2027년이 지나면 과연 우리는 전고체 배터리 양산을 볼 수 있을까요? 잘 알다시피 리튬이온 배터리는 음극과 양극, 전해액 ,분리막으로 구성되어 있습니다. 방전에 첫 번째 시작은 리튬의 이온화라고 할 수 있습니다. 결국 리튬 이온의 이동속도와 함유량이 배터리의 용량을 결정하게 되는데 핵심원리는 리튬이온의 이동이 원활해야 한다는데 있습니다. 현재 리튬이온 배터리의 전해질은 액체 상태입니다. 액상이기 때문에 배터리 내부로 주액이 용이하며, 비워진 공간 없이 공간의 활용도도 비교적 높습니다. 리튬폴리머 배터리같이 액상 전해액은 겔화시키는 방법도 용이합니다. 전해액을 주액한 후 개시제를 추가로 주액하면 두 물질이 반응하여 전해액이 겔(Gel)화 되는 것입니다. 반면 전고체는 전해질의 상태가 고체인 것이 가장 큰 차이점이라고 할 수 있습니다. 고체 상태의 파우더를 배터리 내부에 넣으면 액체와 달리 배터리 내부를 완벽히 채우기가 어렵습니다. 따라서 배터리 내부의 비어 있는 공간이 생기기 마련입니다. 실제 액체 전해액을 주액할 때도 배터리 내부를 진공으로 만들고 나서 밀어 넣은 뒤 충분히 스며들도록 시간을 두고 기다립니다. 또한 전해액이 고체와 됨으로 인해 리튬이온이 이동...