대칭성 이온액체첨가제로 장수명 리튬금속전지 만드는데 성공

각종 스마트 기기의 사용이 일상화되고 탄소중립 트랜드에 따라 자동차들도 화석연료 기반 내연기관에서 전기차로 바뀌고 있다. 특히 전기차의 경우 전지의 용량과 수명은 매우 중요한 요소이다. 이 때문에 용량과 수명을 늘리기 위해 다양한 연구가 진행되고 있다. 국내 연구진이 액체 첨가제를 이용해 리튬배터리의 수명을 늘리는 방법을 찾아냈다.

카이스트 신소재공학과, 충남대 유기재료공학과 공동연구팀은 새로운 대칭성 이온성 액체 첨가제를 개발하고 이를 이용해 장(長)수명 리튬금속전지를 만들었다고 21일 밝혔다. 이번 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈’에 실렸다.

리튬금속전지는 리튬전지의 음극재를 흑연에서 리튬금속으로 대체한 것으로 에너지 밀도가 높다는 장점을 가진 차세대 전지이다. 문제는 리튬금속 증착시 내부 단락이 발생해 배터리 수명과 안전성이 떨어지기 쉽다는 것이다.

이에 연구팀은 이온성 액체를 이용해 리튬의 안정적 증착을 유도해 단락을 막아준다는 사실에 착안했다. 연구팀은 비대칭적 이온성 액체 대신 분자구조가 대칭을 띄는 이온성 액체 첨가제를 새로 개발해 사용했다. 이번에 개발한 이온성 액체 첨가제는 리튬금속전지의 안정성을 크게 개선해주는 것을 확인했다.

실제 이번에 개발한 이온성 액체 첨가제를 니켈-코발트-망간 전지에 사용하면 600번 이상의 충방전 과정에서도 초기 용량의 80% 이상을 유지하며 성능도 그대로 유지하는 것이 관찰됐다. 이는 기존 유사한 기술에 비해 3배나 우수한 결과이다.

강지형 카이스트 교수는 “이번 연구는 장수명 리튬금속전지를 만들기 위한 전해질 설계방향을 새롭게 제시했다”며 “이번에 개발된 신개념 전해질은 배터리 소재 시장에 게임체인저가 될 수 있을 것”이라고 설명했다.