“보조배터리 안녕”…2배 오래가는 ‘리튬금속-이온전지’ 개발

머니투데이

류준영 기자

한국과학기술연구원(KIST) 에너지저장연구단 조원일 책임연구원, 김문석 연구원팀이 스마트폰이나 노트북에 쓰이는 리튬이온전지 보다 에너지밀도(에너지양)가 2배 이상 높고, 1200회 이상 충‧방전해도 초기 대비 80% 이상의 성능이 유지되는 ‘리튬금속-이온전지’를 개발했다고 25일 밝혔다.

리튬금속-이온전지는 리튬이온전지의 흑연 음극을 리튬금속으로 대체한 전지이다.

(왼쪽부터)조원일, 김문석/사진=KIST

리튬이온전지보다 이론상 에너지용량이 10배 이상 커서 차세대 전지시스템으로 주목받고 있는 기술이지만 리튬금속의 높은 반응성 때문에 금속표면에서 덴드라이트가 생성되면서 전지의 폭발을 유발하거나 수명을 단축시키는 문제가 있었다.

덴드라이트는 금속 표면 어느 한 부분에 비정상적으로 성장하는 나뭇가지 형태의 결정을 말한다. 전극의 부피팽창과 전극과 전해질 사이의 부반응을 유발해 폭발 위험을 초래한다.

연구팀은 덴드라이트 현상을 억제하기 위해 그래핀계 나노소재를 리튬금속 표면에 고르게 전사, 인조보호막(랭뮤어-블라젯 인조 고체-전해질 계면상)을 만들었다.

이어 최적의 전해질 배합을 개발, 안전성이 높고 성능은 뛰어난 리튬금속-이온전지를 개발했다.

연구팀이 개발한 리튬금속-이온전지는 1200회 이상 충‧방전을 하더라도 초기 성능 대비 80%를 유지하고, 상용화된 리튬이온전지 수준으로 리튬금속의 양을 줄여도 200회 이상 충‧방전이 가능하다.

조원일 책임연구원은 “이번 연구로 리튬이온전지가 지닌 에너지 저장능력의 한계를 넘어서는 고용량·장수명 전지의 제조가 가능해졌다”며 “리튬금속-이온전지를 포함한 리튬-황전지, 리튬-공기전지 등 차세대 전지산업에 큰 기회를 가져올 것”이라고 말했다.

또 “드론, 자율주행차, 무인잠수정 등 무인이동체 산업을 비롯해 다양한 산업으로 파급될 수 있을 것”이라고 덧붙였다.

이번 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 에너지)’ 25일자 온라인판에 게재됐다.