포항공과대학교(POSTECH) 화학과 박수진 교수 연구팀이 전기차 배터리의 폭발 위험을 획기적으로 줄일 수 있는 새로운 전극 구조를 개발했다. 이번 연구는 리튬금속전지의 핵심 문제로 꼽혀 온 ‘덴드라이트(dendrite)’ 현상을 근본적으로 억제하면서도 높은 에너지 밀도를 구현한 것이 특징이다.

 리튬금속전지는 기존 리튬이온전지보다 최대 10배 높은 에너지 밀도를 지닐 수 있지만, 충전 과정에서 리튬이 바늘처럼 자라 전극을 관통하는 덴드라이트 현상으로 폭발 위험이 있었다. 박수진 교수 연구팀은 이러한 한계를 해결하기 위해 리튬이 일정한 경로를 따라 안정적으로 쌓이도록 유도하는 3차원 ‘리튬 호스트’ 전극 구조를 설계했다.

 연구팀은 고분자에 탄소나노튜브(CNT)와 은(Ag) 나노입자를 혼합해 전도성을 높였으며, 구리 기판 위에 은을 입혀 리튬이 바닥부터 위로 차곡차곡 성장하는 ‘상향식 증착(bottom-up deposition)’을 구현했다. 그 결과 덴드라이트 성장을 효과적으로 억제하고, 398Wh/kg의 높은 에너지 밀도를 달성했다. 또한 리튬 두께를 기존의 절반 수준(약 25μm)으로 줄여 안정성과 경제성을 동시에 확보했다.

 박수진 교수는 “리튬 친화성 물질을 전극 표면에 도입해 덴드라이트 성장을 막고 안정성을 높일 수 있었다”며, “향후 리튬 자체를 사용하지 않는 무음극 전지 개발로 전기차의 주행거리를 두 배 이상 늘리는 연구를 이어갈 것”이라고 밝혔다.

[발췌: YTN 사이언스]