전기차 주행거리 2배 "무음극 리튬금속전지"…안전성·수명 다 잡았다

하이커뮤니티매니져 0 2 12:21

포스텍

국내 연구팀이 차세대 배터리인 '무음극 리튬금속전지'의 한계였던 안전성과 수명 문제를 동시에 해결하는 데 성공했다. 게티이미지뱅크 제공

국내 연구팀이 차세대 배터리인 '무음극 리튬금속전지'의 한계였던 안전성과 수명 문제를 동시에 해결하는 데 성공했다. 구현된 배터리는 상용 전기차 배터리보다 에너지 밀도가 2배 높아 같은 크기의 배터리로 주행거리를 약 2배 늘릴 수 있다.

포스텍은 박수진 화학과 교수, 한동엽 연구원, 최남순 KAIST 생명화학공학과 교수, 김세훈 한국전자통신연구원(ETRI), 이태경 경상국립대 재료공학과 교수, 손준수 연구원 공동연구팀이 무음극 리튬금속전지의 안전성을 높이는 데 성공했다고 17일 밝혔다. 연구결과는 11월 2일(현지시간) 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼즈'에 공개됐다.

음극이 없는 리튬금속전지는 음극이 없는 대신 양극에 있던 리튬이 구리판 위에 직접 쌓인다. 음극을 덜어낸 만큼 배터리 내부 공간을 에너지 저장에 더 많이 쓸 수 있다. 리튬이 고르지 않게 쌓이면서 나뭇가지처럼 뾰족한 결정인 '덴드라이트'가 자라나 안전성을 저하해 폭발 위험이 있다는 점이 한계다. 충전과 방전을 반복하면 표면이 갈라져 수명도 급격히 줄었다.

연구팀은 '리튬 호스트(RH)'와 '설계형 전해질(DEL)'을 도입했다. 리튬 호스트는 고분자 틀 안에 은(Ag) 나노입자를 고르게 배치해 리튬이 아무 데나 쌓이지 않고 정해진 자리로 모이도록 유도한다. 리튬이 질서 있게 자리잡도록 유도하는 리튬 주차장인 셈이다.

액체 전해질은 배터리 내부에서 리튬 이온이 이동하는 통로 역할을 한다. 연구팀은 리튬과 반응해 산화리튬, 질화리튬 등 얇고 단단한 '보호막'을 형성하도록 했다. 피부에 밴드를 붙인 것처럼 리튬 표면을 감싸 덴드라이트 성장을 막으면서도 리튬 이동 통로는 열어 두는 원리다.

리튬 호스트와 설계형 전해질 시스템은 고용량·고밀도 전류 환경에서 100회 충방전한 후에도 초기 용량의 81.9%를 유지했다. 연구팀은 개발된 기술을 바탕으로 제조한 무음극 리튬금속전지에서 리터당 1270와트시(Wh)의 에너지밀도를 달성했다. 현재 전기차에 쓰이는 리튬이온전지의 에너지밀도는 리터당 약 650Wh다.

연구팀은 "이번 연구성과는 파우치형 전지에서도 검증됐다"며 "실제 차량에 적용할 경우 무게와 부피를 줄이면서도 제조 부담을 낮출 수 있다는 의미"라고 설명했다.

박 교수는 "무음극 리튬금속전지에서 안전성과 수명 문제를 동시에 해결한 성과"라고 말했다.

https://m.dongascience.com/news.php?idx=75582

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