박수진 교수/ POSTECH 제공
포항공대(POSTECH) 화학과 박수진 교수 연구팀이 기존에 사용되는 배터리 제조 시스템을 변화시키지 않고도 리튬 금속 보호막을 만들어 전기차의 배터리 폭발을 막을 수 있는 기술을 개발했다.
통용되는 카보네이트 계열 전해질에서 높은 에너지 밀도를 안정적으로 구현할 수 있는 리튬 금속 배터리를 제조할 수 있는 기술이다.
리튬 금속은 높은 에너지 밀도를 구현해 낼 수 있는 배터리 음극 물질이지만 카보네이트 계열 전해질에서 불안정한 반응을 일으킨다.
연구팀은 이온화된 질산리튬이 정전기적 인력으로 결합된 마이셀 형태의 블록 공중합체 보호막 제조를 통해 높은 안정성과 성능을 나타내는 리튬 금속 배터리를 구현했다.
마이셀 보호막은 리튬 금속과 전해질과의 직접적인 접촉을 막아주면서 이온 전도성이 높은 고체 전해질 계면을 형성시키고 초기에 전착되는 리튬의 모형을 안정적으로 유도한다.
일반적인 카보네이트 계열 전해질을 사용하더라도 높은 온도에서 100 사이클이 넘는 안정적인 효율을 유지했다.
얇은 두께의 리튬 음극과 높은 면적 용량, 높은 전류밀도에서도 300 사이클이 넘도록 장시간 수명 안정성을 보였고 파우치 형태의 평가에서도 우수한 성능을 나타냈다.
연구팀은 “리튬 금속 음극은 차세대 음극 물질로 각광 받지만 안정성이 너무 좋지 않아 상용화에 어려움이 있었다”며 “리튬 음극 배터리가 카보네이트 계열 전해질에서는 상대적으로 나타냈던 불안정을 해결했다”고 밝혔다.
이번 연구는 국제학술지 ‘에너지 스토리지 머티리얼즈’ 온라인판에 실렸다.
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