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한국연구재단은 한국과학기술원(KAIST) 이진우·최남순 교수, 경상국립대 이태경 교수 공동 연구팀이 리튬금속전지의 짧은 수명 문제를 개선한 전해질을 개발했다고 10일 밝혔다.
리튬금속전지는 음극재에 흑연 대신 리튬금속을 사용하는 전지로, 에너지 밀도가 높아 기존 리튬이온전지를 대체할 차세대 배터리로 주목받고 있다.
다만 충·방전 과정에서 리튬금속의 표면에 생기는 덴드라이트(dendrite·나뭇가지 모양의 결정) 때문에 수명이 짧아지고 고전압에서 쉽게 부식된다는 문제가 있다.
수명을 늘리기 위해 전해질에 고함량 불소 성분을 첨가하는 방법이 쓰이고 있지만, 높은 비용과 환경오염을 일으키는 현상이 한계로 지적된다.
연구팀은 리튬금속전지의 성능을 극대화할 수 있는 전해질 설계 전략을 제시했다.
비불소계 나노 질화규소를 전해질에 첨가, 배터리 성능에 영향을 미치는 리튬 이온의 용매화(리튬이온이 전해질을 이동할 때 둘러싼 용매가 함께 이동하는 현상)를 정밀하게 조절해 안정적인 고체 전해질 계면을 만드는 데 성공했다.
질화규소를 이용해 전해질 분해 과정에서 발생하는 불화수소를 효과적으로 포집함으로써 양극 부식을 억제했다.
개발한 전해질을 적용한 리튬금속전지는 50도의 고온과 4.5볼트(V)의 고전압, 고속 충·방전에도 장기적인 사이클 성능을 유지했다.
360Wh/kg(킬로그램당 와트시)의 배터리 테스트에서 100사이클 후에도 74%의 용량을 유지하며 상용화 가능성을 입증했다.
이번 연구 성과는 국제 학술지 '에너지 앤 인바이런멘탈 사이언스'(Energy&Environmental Science) 지난 2월 13일 자에 실렸다.
- 연합뉴스
- 저작권자 2025-04-14 ⓒ ScienceTimes
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