(미래 혁신 선도형) 초고에너지밀도 리튬황전지 고안전성 원천기술 개발

이 사업은 미래 신산업 분야에서 요구되는 초고성능 차세대 이차전지 기술을 확보하기 위해 추진되며, 리튬황·리튬공기·나트륨이온 등 기존 한계를 넘는 차세대 전지의 원천기술 개발을 목표로 한다. 에너지밀도 향상, 안전성 개선, 탄소중립 대응 등 국가 전략기술 확보 필요성이 커지면서 연구기관과 기업이 함께 참여하는 대형 R&D 형태로 구성되었다. 다양한 기관이 자유롭게 컨소시엄을 구성할 수 있으며, 기술 상용화 가능성을 높이는 연구성과 창출이 사업의 핵심 방향이다.

본 과제는 중량·부피 에너지밀도 500Wh/kg 및 600Wh/L 수준을 달성하는 전고체 리튬황전지 원천기술을 확보하고, 이를 고안전성 파우치셀 형태로 실증하는 것을 목표로 한다. 이를 위해 전극–전해질–계면 통합 설계, 고체전해질 최적화, 리튬금속 음극 계면 안정화, 후막전극 구조 기술 등 핵심 소재·공정 연구를 단계적으로 수행한다. 1단계에서는 400Wh/kg급 성능 확보를 목표로 요소기술을 고도화하고, 2단계에서 500Wh/kg급 파우치셀 구현 및 수명 300회 이상 달성을 통해 상용화 기반을 마련한다.

본 과제는 차세대 전고체 리튬황전지 상용화를 위한 핵심 요소기술을 체계적으로 확보하는 것을 목표로 하며, 전극·전해질·계면·셀 구조 전반에 걸친 통합 연구가 포함된다. 주요 연구 내용은 다음과 같다. 1. 전극–전해질–계면 통합 설계 기술 개발 - 황 기반 양극과 고체전해질 간 계면 안정화 기술 개발 - 리튬 금속 음극과의 접촉 안정성을 높이기 위한 소재 설계 2. 고체전해질 및 계면 최적화 기술 - 이온전도도가 높은 고체전해질 합성 및 공정 조건 확립 - 고체–고체 계면 저항을 줄이는 인터페이스 제어 기술 확보 3. 고안전성 전지 구조 설계 - 후막전극 기반의 고에너지밀도 전극 구조 설계 - 고온·저온 등 환경 변화에서도 안정적인 작동을 위한 성능 안정화 기술 개발 4. 유해가스(H2S) 저감 및 안전성 강화 - 황 계열 전지 특유의 H2S 발생을 70% 이상 줄이는 억제 기술 연구 5. 파우치셀 시제품 제작 및 실증 - 400Wh/kg급에서 500Wh/kg급 성능으로 단계적 고도화 - 300 cycle 이상 수명을 목표로 한 실증 기반 확보 본 과제를 통해 참여기관은 차세대 이차전지 핵심 기술 및 고성능 셀 제조 역량을 확보할 수 있으며, 향후 전기차·드론·고성능 산업용 배터리 등 다양한 응용 분야로 확장할 수 있는 기술적 기반을 마련하게 된다.