전기연구원, 전극에 리튬 달라붙는 현상 방지 기술 개발
[파이낸셜뉴스] 한국전기연구원(KERI) 차세대전지연구센터 김병곤 박사팀이 리튬이온 배터리보다 저장용량이 10배인 리튬금속 배터리의 안정성을 높이는 기술을 개발했다. 이 리튬금속 배터리는 500번 이상 충전과 방전을 거듭해도 우수한 성능을 유지했다.
김병곤 박사는 29일 "이 기술은 리튬금속 배터리를 고속으로 사용해도 리튬 이온의 전·탈착 효율이 향상된 리튬 저장체를 대량으로 생산하는 기법을 개발했다는 측면에서 가치가 매우 크다"고 말했다.
리튬금속 배터리는 현재 사용하고 있는 리튬이온 배터리보다 저장용량이 10배 많지만 양극에 리튬이 쌓이면서 나뭇가지 모양으로 성장해 배터리가 부풀어 오르는 문제가 있다.
연구진은 이 문제를 해결하기 위해 리튬금속 배터리에 속이 비어 있으면서 매우 작은 구멍이 뚫려 있는 '중공 코어(Core) 다공성 쉘(Shell) 구조의 탄소 나노섬유'를 적용했다. 중공 코어 부분에는 리튬 친화성 물질인 '금' 나노 입자를 소량 첨가했다. 연구진은 "금은 리튬과 우선적으로 반응해 리튬이 쌓이는 방향을 제어해 리튬을 코어 내부에 저장할 수 있도록 도와주는 역할을 한다"고 설명했다.
또 쉘 부분에는 리튬 이온이 자유롭게 이동할 수 있도록 일종의 구멍인 '기공'을 만들었다. 기존 중공 코어-쉘 구조에서는 고속 충·방전할때 리튬 이온이 탄소물질인 쉘과 만나 표면에 달라붙는다. 반면 연구진은 쉘에 기공을 만들어 고속 충·방전에서도 리튬이 쌓이지 않게 만들었다.
이와함께 연구진이 만든 다공성 쉘 구조의 탄소 나노섬유를 만들때 대량생산에 사용되는 합성법 '전계방사법'을 사용해 향후 실용화에 도움이 될 것으로 보인다.
monarch@fnnews.com 김만기 기자
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