3.1. 고체 전해질의 필요성과 가능성
- 리튬 이온 배터리(LIBs)는 높은 안전성과 에너지 밀도를 제공하지만, 전통적인 구조로 인해 고에너지 밀도를 달성하기 어려운 한계를 가진다 .
- 고체 리튬 배터리는 고체 전해질(SSE)을 사용하여 이러한 문제를 해결하며, 리튬 금속을 음극으로 사용하는 경우 높은 에너지 밀도를 만들 수 있다 .
- 고체 전해질분야는 폴리머, 무기 화합물(산화물, 황화물, 할라이드) 등으로 구분되며, 각각의 전해질은 구조-활성 관계, 이온 전도율, 및 이온 이동 메커니즘과 같은 다양한 속성을 지니고 있다 .
- 또한, 고체 배터리가 처리해야 할 주요 문제로는 높은 계면 저항, 전해질과 전극간의 반응, 및 계면 불안정성이 있다 .
- 현재 다양한 고체 전해질의 산업화상황은 여러 국가의 관련 기업을 기반으로 분석되고, 향후 고에너지 밀도의 고체 배터리 연구에 대한 발전 방향이 논의된다 .
3.2. ️ 고체 전해질의 필수 속성 및 요구사항
- 고체 전해질(SSEs)은 액체 전해질보다 비가연성, 비폭발성 및 광범위한 전기화학적 윈도우와 같은 몇 가지 장점이 있어, 리튬 배터리의 안전성을 향상시킨다 .
- 이상적인 고체 전해질은 상온에서 10^-4 mS cm^-1 이상의 전도도, 전자 절연성, 넓은 전기화학적 윈도우(>5.5 V), 전극재료와의 호환성, 높은 열적 안정성, 내습성 등을 충족해야 한다 .
- 최근 20년간 많은 고체 전해질이 높은 이온 전도도를 보이며 개발되었고, 이들 중 일부는 기존 액체 전해질을 초월하는 이온 전도도를 가진다 .
- 그러나 리튬 배터리에 고체 전해질을 산업적으로 적용하는 데에는 여전히 큰 도전이 있다 .
출처: Nanomaterials 2024, 14, 1773.
