고려대, 리튬금속 배터리 효율·수명 개선 기술 개발

[이데일리 신하영 기자] 고려대 연구진이 리튬금속 배터리의 수명·효율을 개선할 기술을 개발했다.

왼쪽부터 고려대 화공생명공학과 유승호 교수(공동 교신저자), 서울대 성영은 화학생물공학부 교수(공동 교신저자), 서울대 박은빈 석박사통합과정(공동 제1저자), 고려대 이영훈 박사후 연구원(공동 제1저자). ※사진=고려대 제공

고려대는 유승호 화공생명공학과 교수팀이 서울대 성영은 교수팀과의 공동 연구에서 이런 성과를 거뒀다고 12일 밝혔다.

연구팀은 리튬금속 배터리 수명 저해 문제 해결을 위한 전해질 첨가제 TDFA의 계면 안정화 메커니즘을 규명했다. 이번 연구 결과는 국제 저명 학술지(Energy Storage Materials)에 4월 19일 자로 게재됐다.

리튬금속 배터리는 기존 리튬이온 배터리보다 이론적으로 10배 이상의 용량을 갖고 있어 차세대 전지로 주목받고 있다. 다만 충·방전이 반복되면서 리튬이 고르게 쌓이지 않아 표면이 불안정해지고, 이 때문에 배터리 수명이 단축되고 용량이 축소되는 문제점이 있다.

연구팀은 이런 문제를 해결하기 위해 불소와 실리콘을 동시에 포함한 첨가제 TDFA가 솔베이션 구조에 미치는 영향을 분석했다. 그 결과 TDFA가 전해질 내에서 환원되며 리튬금속 표면을 안정적으로 보호하는 물질(LiF)을 형성되는 것을 확인했다. 아울러 시뮬레이션·현미경 분석을 통해 TDFA가 첨가된 환경에서 이온의 이동성이 향상되고, 리튬이 균일하게 쌓이는 과정을 관찰했다.

특히 연구팀은 TDFA가 덴드라이트 생성을 억제하고, 안정적 계면을 형성해 배터리 수명·효율을 개선하는 역할을 한다는 사실을 증명했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부의 중견연구자사업 등의 지원을 받아 수행했다.

유승호 교수는 “이번 연구는 리튬금속 계면에서 첨가제의 작용 방식을 정밀하게 밝혀 차세대 리튬금속 배터리 상용화를 위한 계면 설계 전략에 중요한 방향성을 제시했다는 점에서 의미가 크다”고 평가했다.