박수진 교수 연구팀이 차세대 배터리로 주목받는 무음극 리튬금속전지의 안전성과 수명 문제를 동시에 해결하는 데 성공했다. 이번에 개발된 배터리는 기존 전기차용 리튬이온전지 대비 에너지 밀도가 약 2배 높아, 동일한 크기의 배터리로 주행거리를 크게 늘릴 수 있는 가능성을 제시했다.

 무음극 리튬금속전지는 음극을 제거하고 양극의 리튬이 구리 집전체 위에 직접 쌓이는 구조로, 에너지 저장 공간을 극대화할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 리튬이 불균일하게 쌓이면서 덴드라이트가 형성돼 폭발 위험이 커지고, 충·방전 과정에서 수명이 급격히 감소하는 한계가 있었다.

 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 리튬 호스트(RH)와 설계형 전해질(DEL)을 도입했다. 리튬 호스트는 고분자 구조 안에 은 나노입자를 균일하게 배치해 리튬이 무질서하게 성장하지 않고 정해진 위치에 안정적으로 쌓이도록 유도했다. 또한 설계형 전해질은 리튬 표면에 얇고 단단한 보호막을 형성해 덴드라이트 성장을 억제하면서도 리튬 이온의 이동은 원활하게 유지했다.

 그 결과, 개발된 무음극 리튬금속전지는 고밀도 조건에서도 100회 충·방전 후 초기 용량의 81.9%를 유지했으며, 리터당 1270Wh에 달하는 높은 에너지 밀도를 달성했다. 박수진 교수는 “무음극 리튬금속전지에서 가장 큰 과제였던 안전성과 수명 문제를 동시에 해결한 성과”라며, 실제 차량 적용 가능성을 강조했다.

[발췌: 동아사이언스]