전자기기의 급속한 발전에 따라, 이의 구동을 위한 모바일 전원으로서 고성능 이차전지에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 대표적으로, 전기자동차의 폭발적인 수요 확대로 인해 고안전성·고성능 전지의 확보가 절실한 상황입니다. 최근 전지 안전성 이슈가 중요한 기술적 난제로 대두되면서, 화학적으로 불안정하며 발화 및 폭발의 위험이 있는 가연성 액체전해질을 고체전해질로 대체한 전고체전지가 큰 주목을 받고 있습니다. 하지만, 고체전해질은 입자간 계면에서 리튬 이온의 움직임이 제한되어 낮은 성능을 보이고, 전지 제조/구동 조건 등의 어려움을 겪고 있습니다.

기존 전고체전지의 한계를 극복하기 위한 새로운 시도로서, 고체전해질과 액체전해질을 혼합한 혼성전해질 및 이를 적용한 반고체전지에 대한 관심이 최근 크게 높아지고 있습니다. 그러나, 혼성전해질에 대한 이론적 이해 및 인자 설계 등이 아직 명확히 확립되지 않은 초기 연구 단계 수준입니다. 특히, 서로 다른 이온 전도 메커니즘을 갖는 고체전해질과 액체전해질이 연결되었을 때 발생할 수 있는 여러 문제들에 대한 원인 규명 및 해결 방안 도출이 거의 이루어지지 않은 실정입니다.

본 연구진은 용매-염의 성분 및 조성을 임의적으로 조합하는 수준에 머물러 있는 기존 액체전해질들과는 다른 차별화된 연구전략으로서, 전해질 구성 성분들의 상호작용을 조절을 통해 액체전해질의 용매화 껍질(Solvation sheath)을 재구성하여 고체전해질 맞춤형 액체전해질을 개발하고자 합니다. 이를 활용하여, 고체전해질과 액체전해질을 화학적으로 연결하여 계면에서 리튬 이온이 자유롭게 움직이면서도 화학적으로 안정한 신규 혼성전해질을 설계하고, 이것을 이용한 반고체전지를 개발할 계획입니다. 또한, 멀티스케일 디지털 트윈 구조체 기반 다중물리해석을 통해 혼성전해질 및 반고체 리튬금속전지의 구조 및 물리적/전기화학적 특성을 이론적으로 규명하고자 합니다.

반고체전지에서 액체전해질은 아주 적은 양이 사용됩니다. 그러나, 소위 한 방울 사용되는 이 액체전해질이 반고체전지의 성능 및 안전성 확보에 매우 큰 영향을 끼칩니다. 이러한 이유로, 이 한 방울의 전해질 확보를 위해 전 세계 주요 전지업체들이 치열하게 경쟁을 하고 있는 분야이기도 합니다. 그러나, 안타깝게도, 아직까지 어느 누구도 상용화에 근접한 솔루션을 내놓고 있지 못하고 있는 상황입니다. 본 연구는 이러한 반고체전지의 기술적 난제를 본질적으로 극복함과 동시에 실질적 상업화 가능성을 제시할 수 있는 원천 기술이며, 이를 통해 국내 전지 산업의 글로벌 기술 경쟁력 제고에 기여하고자 합니다.