폭발 위험성 제거한 리튬금속전지 개발

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 리튬이온전지보다 용량이 더 크고 폭발 위험성이 없는 리튬금속전지를 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 에너지저장연구단 조원일 박사팀이 리튬금속전지 상용화의 최대 걸림돌인 물리화학적 불안정성을 제거할 리튬-알루미늄 합금 기반의 새로운 음극재를 개발했다고 17일 밝혔다. 연구팀은 이와 함께 전해질 시스템을 최적화해 기존에 개발된 리튬이온전지 대비 2배 이상 수명을 끌어올리는 데도 성공했다.

KIST 연구진은 시중에서 쉽게 구할 수 있는 알루미늄에서 폭발 문제 해결의 실마리를 찾았다. 기존의 순수 리튬금속 음극을 리튬-알루미늄 합금으로 대체해 불안정성을 제어하는 한편, 음극 표면에 이황화몰리브덴(MoS) 기반의 초박막 인조보호막을 형성해 전지 용량과 수명을 급격히 저하시키는 덴트라이트의 성장을 억제했다.

초박막 인조보호막은 KIST 조원일 박사가 개발한 나노미터 두께의 얇은 층으로 이뤄진 인공 고체-전해질 계면상으로 이미 지난해 그래핀계 나노소재를 리튬금속 표면에 고르게 전사하며 성능과 안정성을 입증한 바 있다.

이번 연구에서는 특히, 초박막 인조보호막의 실제 양산성 확보를 위해 그래핀 대신 이황화몰리브덴과 리튬-알루미늄 합금으로 가격을 낮추고, 복잡한 제조공정을 단순화 및 전지의 안정화에 연구력이 집중됐다.

KIST 조원일 박사는 "차세대 이차전지 개발의 핵심인 리튬 음극 안정화와 전해질 기술이 고용량 전지를 필요로 하는 드론, 자율주행차, 에너지저장시스템(ESS) 등의 발전에 기여할 수 있게 되기를 기대한다."고 밝혔다.

이 연구는 과학기술정보통신부의 지원 아래 KIST 주요사업과 무인이동체 미래선도 핵심기술개발사업으로 수행됐으며, 연구결과는 '사이언스 어드벤스' 최신호에 게재됐다.

[e-mail] 김만기 기자