경북대 이지훈 교수팀, 전고체전지 성능·수명 좌우 핵심 요인 규명

경북대학교 신소재공학과 이지훈 교수(사진) 연구팀이 차세대 배터리로 주목받는 전고체전지의 성능과 수명을 결정짓는 핵심 요인을 규명하고 새로운 전극 설계 원리를 제시했다.전고체전지는 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용하는 배터리로 화재 위험이 낮고 에너지 밀도가 높아 전기차와 에너지저장장치(ESS)의 차세대 기술로 꼽힌다. 그러나 실제 구동 과정에서 양극층 내부 반응이 불균일하게 일어나 성능 저하와 조기 열화 문제가 지속적으로 제기돼 왔다.이 교수팀은 이러한 문제의 근본 원인이 양극층 내부에서 양극 활물질과 고체 전해질이 얼마나 균일하게 분포·접촉하느냐에 달려 있다는 점을 밝혀냈다. 연구팀은 이를 ‘양극층과 전해질 간 미세구조 균질성’으로 정의하고, 이를 제어할 수 있는 설계 원리를 제시했다.연구팀은 양극 활물질과 고체 전해질의 혼합·배치 방식을 달리한 복합 양극을 설계해 전기화학 성능을 비교 분석하고, 방사광 가속기 기반 다중 스케일 X선 분석 기법으로 양극층 내부 반응을 관찰했다.&nbsp; &nbsp; 그 결과 계면 접촉이 균일할수록 양극 활물질 입자의 충전 상태가 고르게 유지되며, 특정 영역에서 발생하는 고체 전해질의 산화 분해가 효과적으로 억제된다는 사실을 실험적으로 입증했다.특히 개별 양극 활물질 입자 수준에서 충전 불균일을 시각화해, 미세구조 불균질성이 전지 성능 열화로 이어지는 과정을 체계적으로 제시한 점이 주목된다.이지훈 교수는 “이번 연구는 전고체전지 성능 저하의 원인을 단순한 소재 문제를 넘어 전극 내부 미세환경의 구조적·화학적 균일성 관점에서 규명한 성과"라며 "향후 전기차용 대면적 파우치 전지와 같은 실제 구동 환경에서도 안정적인 전지 반응을 확보할 수 있는 설계 지침을 제공할 것"이라고 말했다.&nbsp;이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원으로 수행됐으며 연구 성과는 국제 저명 학술지 ‘머티리얼즈 호라이즌스’ 12월 23일자 온라인에 게재됐다. 해당 논문은 중요성을 인정받아 2026년 2월 표지 논문으로 출판될 예정이다.