단국대, 리튬금속 전지 수명 78% 향상 기술 개발

[이데일리 신하영 기자] 단국대 연구진이 리튬금속 전지 수명을 기존보다 78% 향상시킨 기술을 개발했다.

왼쪽부터 제1저자인 구은모 석사생, 이병선 교수(사진=단국대 제공)

단국대는 이병선 고분자시스템공학부 교수팀이 이러한 연구 성과를 얻었다고 31일 밝혔다.

리튬금속 전지는 기존 리튬이온 전지의 음극재를 흑연이 아닌 리튬으로 대체한 것이다. 리튬은 현재까지 알려진 음극재 중 에너지 밀도(기존 대비 10배)가 가장 높은 것으로 알려져 있다. 특히 부피를 획기적으로 줄일 수 있어 이차전지에 가장 적합한 소재로 주목받고 있다.

차세대 전지로 꼽히는 전고체전지의 음극재로도 리튬금속이 가장 많이 연구되고 있다. 하지만 리튬금속은 충·방전을 거듭할수록 리튬 표면에 나뭇가지 모양의 ‘수지상(dendrite)성장’이 발생, 전지의 수명과 안정성을 저하시키는 요인으로 지목된다.

연구팀은 이런 문제를 해소하기 위해 리튬 음극재에 3차원 나노섬유 호스트를 도입했다. 수지상 형성을 억제하기 위해서는 단위 면적당 전류밀도를 낮춰야 하기에 리튬을 저장하는 공간(호스트)을 만들어 면적을 넓힌 것이다.

또한 연구팀은 리튬 친화도가 낮은 백금 코팅층을 분리막에 도입했다. 수지상은 통상 수직적으로 전착되는데 백금 코팅층 분리막 도입으로 은·탄소 나노섬유에 수평적이며 조밀하게 호스트가 형성되는 것을 확인했다.

이병선 교수는 “상용화된 카보네이트 전해질에서 고용량 리튬금속 전지 수명을 획기적으로 개선할 수 있는 호스트를 구현했다”며 ““이차전지 시장에 리튬금속 전지 상용화를 앞당기는데 기여할 수 있는 기술”이라고 설명했다.

이번 연구는 한국연구재단 기초연구사업 등의 지원을 받아 수행했다. 연구논문은 국제 저명 학술지(ACS Nano)에 게재됐다.