리튬 배터리 폭발 위험 구리호일로 막는다

UNIST, 리튬금속 배터리 수명 향상기술 개발
단결정 구리호일로 음극 감싸 덴트라이트 방지

리튬 배터리는 충방전을 거듭할수록 음극에 리튬이 나뭇가지 모양처럼 쌓이게 된다. 이 리튬이 양극과 만나게 되면 전기저항이 급격하게 오르면서 열이 발생, 최악의 경우 폭발로 이어진다. UNIST 제공

[파이낸셜뉴스] 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 이현욱 교수팀이 리튬금속 배터리의 음극에 구리 호일을 감싸 폭발 위험을 줄였다. 이 구리 호일이 리튬이 나뭇가지 모양으로 자라는 것을 막아 배터리의 수명과 성능을 올려준다.

UNIST 김민호 연구원은 "리튬 금속의 불균일한 성장을 근본적으로 해결함으로써 차세대 리튬 배터리 상용화를 앞당기는 계기가 될 것"이라고 3일 말했다.

연구진은 리튬이 나뭇가지 모양으로 자라는 덴트라이트 현상을 막기 위해 무접촉 열처리 기술로 얻은 구리 단결정 호일을 사용했다. 이 호일은 덴트라이트 현상을 막고 리튬이 배터리 표면에 균일하게 퍼지도록 만들었다.

리튬 배터리는 오래 사용하면 리튬이 음극에 나뭇가지 모양으로 달라붙어 전해질에 노출되고 결국 양극과 닿게 돼 내부 전기저항이 급격하게 올라간다. 이때 열이 발생하고 최악의 경우 폭발까지 이어진다.

배터리 충방전 실험에서 리튬이 안정된 사방 십이면체 결정 구조로 균일하게 자랐다. 이러써 전지의 효율과 안전성을 향상시킬 수 있음을 확인했다.

연구진은 다양한 구리 호일에서 리튬 성장 패턴을 비교했다. 그결과 단결정 구리호일은 120번 충방전에도 성능과 상태를 유지했다.

반면 다른 호일을 사용했을때에는 29번 충방전만으로도 덴트라이트 현상이 일어났다.

이현욱 교수는 "기존의 리튬 배터리 연구는 충전에만 초점을 맞춰 한계가 있었다"며 "앞으로 충전과 방전을 모두 고려한 기술 개발이 이뤄질 때, 궁극적인 꿈의 전지인 무음극 리튬 전지의 개발이 가능할 것"이라고 강조했다.

한편, 연구진은 IBS 다차원 탄소재료 연구단 로드니 루오프 연구팀, 강원대 진성환 교수팀, KAIST 서동화 교수팀과 협력해 만든 새로운 리튬 금속 배터리를 세계적 학술지 '에너지와 환경과학(Energy & Environmental Science)'에 발표했다.

[e-mail] 김만기 기자