국립 부경대학교

국립부경대 연구팀, 전고체전지 전해질 성능 향상 방안 제시

- 정성철 교수팀 연구결과 … 영국 왕립화학회 국제학술지에 실려

- 음이온 무질서가 고체전해질 안정화 높이는 것으로 나타나

△ 음이온무질서에 따른 LPSC의 물성변화 그래프.

국립부경대학교(총장 장영수)는 정성철 교수(물리학과) 연구팀이 전고체전지에 쓰이는 황화물계 고체전해질인 Li6PS5Cl의 성능 향상 방안을 제시했다고 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(Argyrodite) 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 전도도(최대 4.6 mS cm？1)를 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.”라고 밝혔다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부의 중견연구사업 및 교육부의 LAMP사업의 지원을 통해 진행됐으며, 영국 왕립화학회(Royal Society of Chemistry)에서 발간하는 화학？물리？재료 분야의 저명 국제학술지 <Journal of Materials Chemistry A>(IF=11.9)에 최근 게재됐다. <부경투데이>

△ 연구팀(왼쪽부터 정성철, 전태곤, 차경호) 사진.

PKNU research team presents a plan to improve electrolyte performance of all-solid-state batteries

- research results of prof. Jung Sung-Chul's team published in the international journal of the Royal society of chemistry

- the disorder of anions increases the stability of the solid electrolyte

Pukyong National University (President Jang Young-Soo) announced that a research team led by professor Jung Sung-Chul (department of physics) proposed a method to improve the performance of Li6PS5Cl, a sulfide-based solid electrolyte used in solid-state batteries.

In an ab initio calculation study conducted by professor Jung Sung-Chul with phd student Jeon Tae-Gon and master's researcher Cha Kyeong-Ho in the same department, he succeeded in quantitatively identifying the effect of the disordered arrangement of S and Cl anions in Li6PS5Cl, a solid electrolyte, on the physical properties of Li6PS5Cl.

All-solid-state batteries are receiving a lot of attention because they can greatly increase the stability and energy density of the battery by replacing the flammable liquid electrolyte with a non-flammable solid electrolyte. Li6PS5Cl, based on the argyrodite structure, has excellent ionic conductivity, and its raw materials, Li2S, LiCl, and P2S5, are economical and easy to synthesize, so many studies are being pursued.

In this study, professor Jung's team found that Li6PS5Cl is highly stabilized when disorder occurs compared to when there is no anion disorder, and the stabilized Li6PS5Cl shows high ionic conductivity (up to 4.6 mS cm 1).

Additionally, the research team found that when anion disorder occurs, some of the Li ions move from around Cl to close to S, and that this rearrangement of Li contributes decisively to improving the stability and increasing conductivity of Li6PS5Cl.

Professor Jung Sung-Chul said, "I believe that this study suggests that precisely controlling the ionic disorder of the solid electrolyte is another way to improve the electrochemical performance of not only Li6PS5Cl but also other solid electrolytes."

The study was conducted through support from the mid-career researcher program supported by the Ministry of science and ICT and the LAMP project hosted by the Ministry of education, and recently published in <Journal of materials chemistry A> (IF=11.9), a renowned international journal in the fields of chemistry, physics, and materials published by the Royal society of chemistry in the UK. <Pukyong Today>