고려대, ‘무음극 전고체 배터리’ 성능 향상 기술 개발

[이데일리 신하영 기자] 고려대 연구진이 음극 집전체 표면에 리튬 친화성 금속을 코팅, 무음극 전고체 배터리의 성능을 높이는 기술을 개발했다.

왼쪽부터 논문 교신저자인 유승호 교수, 공동 교신저자인 KIST 최지원 박사, 제1저자를 맡은 이지현 고려대 석사과정생, 오상환 박사과정생, 임해나 KIST 박사, 이홍주 고려대 석사(사진=고려대 제공)

고려대는 유승호 화공생명공학과 교수팀이 최지원 한국과학기술연구원(KIST) 박사팀과의 공동 연구에서 이러한 성과를 거뒀다고 15일 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부 우수신진연구자사업의 지원을 받아 수행했다. 연구 결과는 저명 국제 학술지(Energy Storage Materials) 4월 8일 자에 게재됐다.

전고체 배터리(이차전지)는 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 전지와 달리 고체 전해질을 사용하는 배터리로 종전보다 진보한 기술로 꼽힌다. 액체 전해질을 사용했을 때의 발화 문제를 해결할 수 있어서다.

특히 이차전지의 4대 요소(양극재·음극재·전해질·분리막) 중 음극재를 넣지 않는 ‘무음극 전지’는 에너지 밀도를 대폭 제고할 전지로 알려져 있다. 발화성을 낮추고 에너지 밀도를 높인 무음극 전고체 배터리는 최근 학계가 주목하는 차세대 기술이다.

다만 무음극 전고체 전지에서 음극 집전체는 리튬과 친화도가 떨어져 충전 시 리튬 이온이 음극 집전체에 전착되지 않는다는 문제점이 있다. 리튬 이온의 균일한 전착을 위해서는 음극 집전체 표면을 리튬 친화성 물질로 코팅해 고른 전착을 유도하는 방법이 선행 연구됐다.

연구팀은 리튬 친화성이 높은 은에 소량의 인듐(In)을 첨가해 은과의 시너지 효과를 확인한 연구 결과를 발표했다. 이는 은만을 코팅했을 때보다 인듐을 소량 첨가했을 때가 3배 이상의 성능 향상을 보였다.

유승호 교수는 “무음극 전고체 전지는 에너지 밀도를 높이는 새로운 형태의 전지 시스템으로 학계가 주목하고 있는 분야”라며 “이번 연구를 통해 무음극 전고체 전지의 낮은 수명을 개선할 해결책으로 리튬 친화성 금속을 코팅하는 것이 효과적임을 보여줬다. 이번 연구 성과가 향후 무음극 전고체 전지의 성능 향상에 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.