화학뉴스

차세대 배터리로 주목받고 있는 리튬공기전지는 상용화에 최소 10년이 걸릴 것으로 예상되고 있다.
삼성전자 종합기술원과 공동으로 세라믹 소재 리튬공기전지 개발 연구를 발표한 울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 서동화 교수는 “삼성전자와의 연구에서 신규 고성능 세라믹 소재를 리튬공기전지 양극에 도입해 기존 난제를 풀 수 있다는 개념을 검증했다”며 “다만, 상용화를 위해서는 음극과 전해질 부분에 존재하는 난제도 극복해야 한다”고 강조했다.
리튬공기전지는 리튬이온전지(LiB)에서 많은 무게와 가격을 차지하는 리튬 전이금속 양극을 공기로 대체함으로써 저렴하고 이론 용량이 기존의 10배인 차세대 배터리로 주목받고 있다.
LiB는 폭발과 발열 등 안전성 문제가 지적되고 있으나 세라믹 소재를 도입한 리튬공기전지는 섭씨 1000도 이상 고온에서도 열적 안정성을 나타내 불이 붙지 않는 강점을 갖추고 있다.
하지만, 유기물로 구성된 액체 전해질과 도전재가 작동 중 발생하는 활성 산소로 분해가 일어나 충전과 방전이 진행되면서 용량이 급격히 줄어드는 부반응이 상용화를 가로막고 있다.
연구팀은 불안정한 유기 소재를 완벽히 세라믹 소재로 대체하면 작동 중 안정성을 크게 향상할 수 있고 기존 10회 정도였던 리튬공기전지 수명이 100회 이상까지 개선되는 것을 실험적으로 밝혔다.
그러나 상용화를 위해서는 리튬메탈음극을 사용할 때 발생하는 수지상 형성에 따른 합선, 음극의 직접적인 산화를 막기 위해 외부 공기로부터 완벽한 차단 등 아직도 많은 문제를 극복해야 하는 것으로 파악되고 있다.
아울러 양극과 음극 사이 배치되는 고체 전해질이 현재 전지 사용 중에 분해되는 이슈가 있어 안정적인 전해질 개발도 요구되고 있다.
난제들을 해결한 후에도 소재 최적화, 추가 검증, 양산화, 전지 적용 평가, 자동차 적용 평가 등을 진행하면 상용화에 최소 10년은 걸릴 것으로 예상되고 있다.
서동화 교수는 “국내 배터리산업의 지속적인 발전을 위해서는 전문인력 양성이 매우 중요하다”면서 “현재 정부 기관 주도 아래 한국전지산업협회와 UNIST를 포함한 5개 대학교가 협력해 배터리 전문인력을 교육·양성하는 2차전지산업 전문인력 양성 사업을 진행하고 있으며 지속적인 지원이 필요하다”고 강조했다. (K)