한국과학기술연구원(KIST) 조원일 연구팀이 기존의 리튬이온전지보다 에너지 밀도가 10배 이상 높으면서 폭발 위험성도 없는 차세대 이차전지 리튬금속전지를 개발했다.
연구진은 리튬금속전지 상용화에 걸림돌이 되었던 물리ㆍ화학적 불안정성, 즉, 폭발 위험성을 제거해줄 리튬-알루미늄 합금 기반의 새로운 음극재를 개발하고 전해질 시스템의 최적화로 리튬이온전지의 2배에 달하는 수명을 끌어올렸다.
리튬금속전지는 리튬금속을 음극으로 사용하는데 리튬금속 표면에서 덴트라이트가 발생하면서 전지의 폭발을 유발하는 문제점이 있었다.
덴트라이트는 금속 표면에서 나뭇가지 형태의 결정이 성장하는 현상을 말한다.
연구팀은 리튬금속 음극을 리튬-알루미늄 합금으로 대체해 이 불안정성을 제어했다. 또한 표면에 이황화몰리브덴 기반의 초박막(나노미터 단위의 일반 박막보다 극도로 얇은 막) 인조보호막을 형성해 덴트라이트의 발생을 억제했다.
이로써 이번 연구가 안정성 문제의 해결과 전지 수명 및 용량의 증가를 가져옴에 따라 리튬금속전지 상용화의 가능성이 높아졌다.
조원일 책임연구원은 “차세대 이차전지로 꼽히는 리튬금속전지를 안정화할 방안을 제시했다”며 “고용량 전지가 필요한 드론이나 전기차, 에너지저장시스템(ESS) 발전에 기여할 수 있기를 기대한다.”고 밝혔다.
연구결과는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 게재됐다.
박준성 청소년 기자
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