발에 밟히는 일반 돌멩이가 배터리로 변한다: 이 새로운 전해질이 EV 산업을 변화시킨다.

연구원들은 미래에 전기 자동차 배터리에서 리튬을 대체할 수 있는 암석 규산염 기반의 새로운 재료를 탐색했다. 이 물질은 더 저렴하고 습기에 민감하지 않은 새로운 종류의 에너지 저장 장치를 개발하는 데 도움이 될 수 있다.

덴마크 기술 대학의 연구원인 모하마드 호시칼람(Mohamad Khoshkalam)은 암석 규산염 기반 물질이 고체 전해질에 적합할 수 있음을 발견했다.

암석 규산염의 구성성분인 규산칼륨과 규산나트륨은 지구상에서 가장 풍부한 광물 중 하나이다. 연구원에 따르면, 이 물질은 뜨거운 온도에서 이온을 전도할 수 있으며 습기에 민감하지 않다.

고체 전해질로서의 규산칼륨의 가능성

모하마드 호시칼람은 “고체 전해질로서 규산칼륨의 잠재력은 오랫동안 알려져 왔지만, 칼륨 이온의 무게와 크기 문제로 인해 무시되었다고 생각한다.”라고 말했다. "이온은 크기 때문에 더 느리게 움직인다."

연구자들에 따르면, 이러한 암석 규산염은 해변이나 정원에서 주운 일반 돌에서 발견될 수 있다. 이 신소재의 중요한 장점은 공기와 습도에 둔감하다는 것이다. 이를 통해 배터리 내에서 종이처럼 얇은 층으로 성형될 수 있다.

규산염에서 추출할 수 있는 이 저렴하고 친환경적인 물질은 다양한 응용 분야에 활용될 수 있는 잠재력을 가지고 있다.

그러나 리튬 기반 액체 전해질이나 고체 전해질의 이온은 암석 규산염의 이온과 비교할 때 더 빠르게 움직인다. 이는 암석 규산염이 더 크고 무겁기 때문이다.

암석 규산염에서 이온을 더 빠르게 이동시키는 새로운 방법

그러나 호시칼람은 리튬 기반 전해질보다 암석 규산염에서 이온이 더 빠르게 움직일 수 있는 방법을 찾아냈다.

“배터리 구성 요소를 사용한 첫 번째 측정에서 해당 소재는 고체 전해질로서 매우 우수한 전도성을 갖고 있는 것으로 나타났다. 레시피와 방법이 현재 특허를 받았기 때문에 어떻게 재료를 개발했는지 밝힐 수 없다.”라고 호시칼람은 말했다.

규산칼륨을 이용한 전고체 전해질 개발

연구원은 배터리 셀의 양극과 음극 사이에 위치하는 종이처럼 얇은 물질인 고체 전해질을 만들었다. 이는 규산칼륨을 기반으로 분말을 만들고 이를 결합제 및 용매와 결합하여 달성되었다. 이어서, 액체 용액을 재료를 얇은 층으로 펴는 롤러에 붓는다.

이 재료는 얇은 흰색 테이프로 성형되고 테이프 클러스터로 건조되며, 한 번에 최대 10m의 테이프 재료를 생산할 수 있다. 그런 다음 고체 전해질은 글로브 박스로 옮겨져 양극 및 음극과 함께 고체 배터리 셀로 조립된다.

하지만 규산칼륨과 규산나트륨을 기반으로 한 전고체전지는 기술 준비도가 낮아 아직 갈 길이 멀다. 연구진은 이들 배터리가 전기차에 탑재되려면 최소 10년은 걸릴 것으로 내다봤다.

상업적인 성공 가능성은 낮고 기술적인 어려움이 많은 고위험 기술이라고 한다.

호시칼람은 “우리는 저렴하고 효율적이며 환경친화적이며 확장성이 뛰어나고 심지어 고체 리튬 기반 전해질보다 더 나은 성능을 발휘하는 고체 전해질용 재료를 찾을 수 있다는 것을 보여주었다.”라고 말했다.