대구경북과학기술원(DGIST)은 저온에서 안정적으로 작동하면서 화재 위험도 낮춘 리튬 금속 전지용 고체 전해질 기술을 개발했다고 7일 밝혔다.

DGIST 에너지환경연구부 김재현 책임연구원 연구팀과 성균관대 이상욱 교수팀, 경북대 전상은 교수 등이 공동 진행한 연구 결과로, 리튬 금속 전지 안전성과 성능을 동시에 개선하는 것에 기여할 전망이다.

리튬 금속 전지는 높은 에너지 밀도로 차세대 배터리로 주목받지만, 기존 액체 전해질을 사용할 경우 부반응(여러 가지 화학반응이 함께 일어날 때 주된 반응 외의 다른 반응)에 따른 리튬 수지상(덴드라이트·충전 시 배터리 음극 표면에 쌓이는 결정체)이 형성돼 화재 위험 및 수명 저하 등 문제가 발생한다.

이를 해결하기 위해 고체 전해질이 대안으로 제시됐으나, 기존에 개발된 고분자 기반 고체 전해질은 저온에서 성능이 급격히 떨어지고 고전압 환경에서 안정성이 낮아진다는 한계를 보여왔다.

공동 연구팀은 이러한 문제를 극복하기 위해 폴리에틸렌글리콜 디메틸에터(PEGDME·긴 사슬 형태 유기 고분자) 기반 고분자 네트워크에 불소계 에터(Fluorinated Ether)를 결합한 새로운 고체 전해질을 개발했다.

또 실험 결과 해당 고체 전해질은 영하 20도 이하에서도 동결 없이 높은 이온 전도도를 유지하며 리튬 금속 전지 성능을 높이는 것으로 나타났다.

게다가 리튬 수지상 성장을 억제해 배터리 수명을 늘리고, 화재 발생 위험도 낮춘 것으로 나타났다.

김 책임연구원은 "이번 연구를 통해 저온 환경에서 안정적으로 작동하면서 안전성까지 확보한 고분자 고체 전해질 기술을 개발했다"며 "차세대 고에너지 밀도 배터리 개발에 중요한 기반이 될 것으로 기대한다"고 밝혔다.

한편 이번 연구는 한국연구재단 중견 연구사업의 지원을 받아 수행했으며, 결과는 지난달 국제학술지(Energy Storage Materials)에 게재됐다.