(광주=뉴스1) 조영석 기자 = 전기자동차 보급 확대로 차세대 이차전지의 필요성이 커지고 있는 가운데 국내연구진이 리튬금속 전지의 용량 및 내구성을 대폭 향상시키는 기술을 개발했다.
광주과학기술원(지스트) 신소재공학부 엄광섭 교수팀은 전기화학적 공정을 통해 구리 집전체 표면에 인공 고체막을 형성, 리튬금속 전지의 용량 유지율과 내구성을 크게 향상시키는 기술을 개발했다고 28일 밝혔다.
현재 상용화되고 있는 리튬이온 전지의 음극 소재인 흑연의 경우 이론적 한계 용량에 거의 도달한 상태로 에너지 밀도를 높이려면 용량을 더 높인 음극 소재 개발이 필요하다.
흑연을 리튬 금속으로 대체한 '리튬금속 전지'는 리튬이온 전지보다 10배 높은 용량을 구현할 수 있어 고에너지 밀도를 구현하기 위한 차세대 이차전지 시스템으로 각광받고 있다.
그러나 리튬금속 전지는 충·방전 중 리튬의 수지상 결정 성장이 일어나면서 분리막을 뚫고 전지의 단락을 일으키는 현상이 일어난데다 지속적인 전해질 분해 및 리튬 금속 손실이 일어나 충·방전 효율이 빠르게 감소하는 등 안전성과 내구성 문제로 상용화되지 못했다.
연구진이 개발한 구리 집전체는 기존 구리 집전체 대비 약 2.5배 높은 용량 유지율 및 4배 이상의 수명을 갖는 리튬금속 전지를 제조하는데 성공했다.
기존의 구리 집전체는 약 30회의 충·방전 후 70% 이하로 용량이 줄어들었지만 연구진이 새로 개발한 구리 집전체를 사용한 음극은 120회 이상의 충·방전 후에도 70% 이상의 용량을 유지하는 등 안정적인 성능을 보였다.
특히 전기화학 처리가 전압 주사와 같은 간단한 전기적 신호 적용만으로 이루어지기 때문에 전극 제조공정을 단순화할 수 있게 됐다.
엄광섭 교수는 "이번 연구 성과는 소량의 전해질 첨가제와 간단한 전기화학 표면처리로 리튬금속전지 음극용 집전체로 사용할 수 있는 충분한 안정성을 확보했다는 데에 큰 의의가 있다"며 "향후 고에너지 리튬금속전지를 장착한 전기자동차의 상용화에 기여할 것으로 기대된다"고 밝혔다.
이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업, 지스트 차세대에너지연구소 및 현대자동차 NGV의 지원을 받아 수행됐다. 연구 성과는 재료 공학 분야 국제 저명 학술지인 '스몰(Small)'에 3월 22일자 온라인 게재됐다.
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