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UNIST(총장 이용훈)는 에너지화학공학과 이현욱 교수팀이 금속 표면은 내화학성이 좋은 리튬 플루오라이드 보호층으로, 내부는 리튬 원자의 이동성이 향상된 리튬 합금으로 이루어진 전극 공정 기술을 개발했다고 최근 밝혔다.
리튬 금속 전지는 기존 흑연 음극재보다 용량을 크게 높일 수 있만 충방전 과정에서 생기는 뾰족한 나뭇가지 모양의 리튬 침전물이 전지 분리막을 손상시켜 성능이 떨어지고 폭발 위험이 커지는 문제가 있다. 전해질이 갈라져 나와 전극 표면에 들러붙을 때 생기는 새로운 리튬 표면은 지속적으로 유기 전해질과 반응하며 리튬 전해질에 손실을 입힌다. 이로 인해 생기는 두꺼운 피막층도 배터리 성능을 떨어뜨린다.
연구팀은 낮은 열처리 조건에서도 리튬과 활발히 반응하는 금속 플루오라이드의 성질을 활용했다. 이 과정에서 리튬 플루오라이드는 표면 보호층을 형성하면서 내부의 리튬 합금을 전해질로부터 보호할 수 있게 된다. 이 리튬 합금 전극은 전해질 첨가제가 포함된 전해질 시스템에서 구동할 때 기존 리튬 전극보다 약 2천 시간 이상 수명이 늘었다. 전해질 첨가제가 포함되지 않은 전해질 시스템에서도 700시간 이상 안정적으로 구동했다.
제1저자인 김민호 UNIST 에너지공학과 박사후연구원은 "기존에 많이 고려되지 않았던 전해질 첨가제에 의한 리튬 표면 보호층의 불완전 형성을 완벽하게 보완하는 표면 개질 기술을 통해 리튬 금속 전지의 상용화를 위한 하나의 지표가 될 것"이라고 밝혔다.
한편 KBG는 100% 수입에 의존하던 기능성 실리콘 소재 등을 자체기술로 생산해 수입 대체 및 수출을 하고 있다. 기능성 실리콘 소재를 자체 합성하는 회사는 국내에서 KBG가 유일하다. KBG는 앞으로도 공급하는 소재가 관련 산업에 지대한 기여를 할 것으로 예상했다. 미국 다우를 비롯해 독일 바커, KCC, 엘켐, LG화학 등 세계적인 실리콘 업체와 거래 및 공동개발 활동을 통해 신규 응용제품을 지속적으로 확대해 나가고 있다. KBG는 고방열 소재와 2차전지 배터리 전해질 소재도 개발하고 있다. 사람 피부보호 소재, 로봇산업 표면코팅 소재, 2차전지에 응용할 수 있는 고분자전해질 소재, 전기차용 방열 소재, 바이오센서 및 약물전달시스템 응용 소재 등으로 영역을 확대하고 있어 투자자들의 관심이 몰린 것으로 풀이된다.
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