화학뉴스

국내 연구진이 리튬금속전지의 수명을 늘리는 3차원 전극 설계기술을 개발했다.
한국연구재단은 대구경북과학기술원(DGIST) 이종원 교수, 경희대학교 박민식 교수, 오스트레일리아 울런공(Wollongong)대학교 김정호 교수 공동연구팀이 차세대 리튬금속전지의 수명을 향상시킬 3차원 리튬저장체 설계기술을 개발했다고 밝혔다.
리튬금속전극은 높은 이론용량(3860mAh/g)에도 불구하고 충·방전 과정에서 전극 주변에 나뭇가지 모양의 리튬결정이 형성되면서 극심한 부피변화가 발생해 결국 전극의 성능 저하로 이어지는 것이 문제였다.
이에 따라 넓은 표면적의 다공성 구조체에 리튬을 저장하는 방식으로 부피 변화를 방지하려는 연구가 이어져왔으나 리튬이 의도한 기공 내부가 아닌 구조체 표면에 불균일하게 증착되는 문제가 지적됐다.
연구팀은 전기화학 시뮬레이션을 통해 3차원 구조체에서의 가역적인 리튬저장 기작을 찾아내고 충·방전 수명 특성을 향상시킬 수 있는 표면활성 구배형 전극설계 기술을 제시했다.
전극 표면부터 내부로 들어갈수록 리튬이온이 리튬금속으로 환원되는 성질인 표면활성이 더 높아지도록 함으로써 선택적인 리튬금속의 증착을 유도하고 리튬이 전극 하부부터 균일하게 저장될 수 있도록 한 결과 반복적인 충·방전 시에도 리튬 수지상 형성 및 부피 변화가 발생하지 않아 장기간 안정적인 성능이 유지되는 것을 실험적으로 검증했다.
연구팀에서 제시한 소재 및 전극 디자인 개념은 기존 LiB(리튬이온전지)에 비해 높은 에너지밀도와 우수한 수명 특성을 갖는 고효율 리튬금속전지를 구현하는데 도움이 될 것으로 기대되고 있다. (K)