음이온무질서에 따른 LPSC의 물성변화 그래프. (사진=부경대 제공)

국립부경대학교는 정성철 교수 연구팀이 전고체전지에 쓰이는 황화물계 고체전해질인 Li6PS5Cl의 성능 향상 방안을 제시했다고 28일 밝혔다.

정성철 교수는 같은 학과 전태곤 박사과정생, 차경호 석사연구원과 수행한 제일원리계산연구에서 고체전해질 Li6PS5Cl의 S와 Cl 음이온들의 무질서한 배열이 Li6PS5Cl의 물성에 미치는 영향을 정량적으로 규명하는 데 성공했다.

전고체전지는 가연성의 액체전해질을 비가연성의 고체전해질로 대체해 전지의 안정성과 에너지 밀도를 크게 높일 수 있어 많은 주목을 받고 있다. 특히 아지로다이트 구조를 기반으로 한 Li6PS5Cl은 이온 전도도가 우수하고, 원재료인 Li2S, LiCl, P2S5 등이 경제적이고 합성이 쉬워 많은 연구가 수행되고 있다.

정 교수팀은 이번 연구에서 음이온 무질서가 없을 때에 비해 무질서가 생길 때 Li6PS5Cl이 매우 안정해지고, 안정화된 Li6PS5Cl은 높은 이온 전도도를 보인다는 것을 밝혔다.

또 음이온 무질서가 발생할 때 Li 이온들의 일부가 Cl 주위에서 S 주위로 이동하며, 이러한 Li 재배열이 Li6PS5Cl의 안정성 향상과 전도도 증가에 결정적으로 기여한다는 것을 규명했다.

정성철 교수는 "이번 연구를 통해 고체전해질의 이온 무질서도를 정교하게 조절하는 것이 Li6PS5Cl은 물론 다른 고체전해질의 전기화학적 성능을 높이는 새로운 방법이라는 것을 제시했다고 볼 수 있다"고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부의 중견연구사업 및 교육부의 LAMP사업의 지원을 통해 진행됐으며, 영국 왕립화학회에서 발간하는 화학‧물리‧재료 분야의 저명 국제학술지 'Journal of Materials Chemistry A'(IF=11.9)에 최근 게재됐다.