광주과학기술원(GIST)은 1일 차세대에너지연구소 엄광섭(신소재공학과) 교수 연구팀이 리튬금속전지의 충전 속도와 안정성을 높이는 기술을 개발했다고 밝혔다.

차세대 배터리로 주목받는 리튬금속전지는 기존 리튬이온전지보다 이론적으로 약 2배 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있다.

하지만 충·방전 과정에서 전기의 양극과 음극이 직접 닿아 전기가 한꺼번에 흐르는 '단락' 현상을 유발할 수 있으며, 동시에 부피 팽창을 일으켜 배터리의 수명과 안전성을 크게 떨어뜨리는 단점이 있다.

연구팀은 리튬이 쌓이는 위치와 방식이 배터리 성능을 좌우한다는 점에 주목해, 리튬이 구조체 내부에서부터 균일하게 쌓이도록 유도하는 3차원 구조체를 설계했다.

연구결과 리튬이 표면이 아닌 내부에서부터 차곡차곡 쌓이도록 유도해 부피 팽창을 억제하고 에너지 저장 밀도도 기존 리튬이온전지보다 2배 이상 높였으며, 약 12분 만에 완전 충전이 가능한 초고속 충전 안정적 성능을 구현했다.

엄광섭 교수는 "간단한 용액 공정만으로 고분자 코팅과 표면 절연 처리를 동시에 구현할 수 있어, 대면적 생산에도 유리하다"며 "전기자동차 배터리, 에너지저장장치(ESS), 항공 모빌리티용 배터리 등 다양한 분야에 적용될 수 있어 상용화 가능성을 높였다"고 설명했다.

엄 교수가 지도하고 조진현 박사(제1저자)가 수행한 이번 연구 결과는 재료과학 에너지 분야 국제학술지 'Energy & Environmental Materials' 온라인 플랫폼에 지난달 29일 게재됐다.