가소제로 전고체 리튬금속전지 성능 UP

[파이낸셜뉴스] 대구경북과학기술원(DGIST) 에너지융합연구부 김재현 박사팀이 경북대 전상은 교수팀과 함께 고체 전해질을 사용한 세계 최고 수준의 전고체 리튬금속전지를 개발했다. 이 이차전지는 전체적인 전지 부피를 줄이고 분리막을 필요로 하지 않으며, 구부러질 수 있기 때문에 향후 폭발이나 화재의 염려가 없는 웨어러블 디바이스 전원용 전지로 사용될 것으로 기대된다.

22일 DGIST에 따르면, 이 리튬금속전지는 안정적인 고체 전해질 분리막이 형성돼 300㎂/㎠의 높은 전류 밀도에서 충방전을 500번 이상 반복해도 안정적으로 작동했으며, 풀셀에서 300번 충방전 후에도 99.7%의 높은 용량을 유지했다.

현재 널리 쓰이는 이차전지에 들어간 액체 전해질은 외부 충격이나 변형으로 분리막이 손상되면 화재나 폭발의 위험이 있다. 특히, 충·방전을 계속 하면서 리튬이 나뭇가지 모양으로 성장하는 '덴드라이트' 현상이 발생해 폭발이나 화재를 일으키기도 한다.

이 액체 전해질을 고체 전해질로 대체하게 되면 화재 및 폭발의 위험성을 방지할 수 있게 된다. 또한 분리막도 필요 없어 전체적인 전지의 부피도 줄일 수 있는 장점이 있다.

연구진은 고체 고분자 전해질에 탄성이나 강도를 조절하는데 쓰이는 고체 가소제를 첨가했다.

이를통해 리튬금속전지는 음극이 전해질에 접촉하는 부분에서 리튬 덴드라이트의 형성을 억제해 안정성이 향상됐다.

김재현 박사는 "안정성을 높이고 용량 유지율을 향상시킨 고체 전해질을 개발함으로써 리튬금속전지의 성능을 크게 향상시켰다"며 "향후에도 안정적이고 효율적인 이차전지 개발을 위해 노력하겠다"라고 말했다.

한편, 연구진은 이번에 개발한 고체전해질을 에너지 분야 국제학술지 '어드밴스드 에너지 머터리얼스(Advanced Energy Materials)'에 발표했다.

[e-mail] 김만기 기자