화학뉴스

한국과학기술원(KAIST)이 음극재 없는 고밀도 LiB(리튬이온전지) 기술을 제안했다.
KAIST 김희탁 교수 연구팀은 음극재가 없는 고에너지 밀도의 LiB 구동을 위한 음극 집전체 구조를 개발한 것으로 알려졌다.
LiB의 음극은 배터리 충전 속도와 수명을 결정하는 중요한 역할을 하지만 전지 내부에서 부피를 많이 차지하고 있다.
이에 따라 음극 부품으로 오로지 음극 집전체만 사용한 음극재 없는 리튬전지(Anode-free Li Battery)를 구현한다면 음극활물질을 저장하는 구리 집전체를 활용해 흑연 음극재를 없앰으로써 높은 에너지 밀도를 실현할 수 있을 것으로 기대되고 있다.
다만, 기존 LiB보다 60% 더 높은 에너지밀도를 구현할 수 있으나 리튬이온이 흑연에 저장되지 않고 리튬 금속 형태로 음극에 저장되면 리튬 손실이 발생해 충·방전 효율이 떨어지는 문제가 있고 구리와 리튬 사이에 흐르는 미세한 전류 때문에 리튬 부식과 전해액 분해 현상이 일어나는 것으로 지적되고 있다.
김희탁 교수는 3차원 음극 집전체 표면의 일함수(고체에서 전자 한 개를 빼내는데 필요한 에너지)를 높여 리튬의 수지상(덴드라이트) 성장을 억제하고 표면에서 리튬과 전해액 부식을 억제할 수 있음을 확인했다.
전자가 집전체 표면에서 탈출하기 어려워져 환원 반응이 억제됨과 동시에 리튬 금속과 강하게 상호작용하면서 균일한 성장을 유도하며 안정적으로 에너지를 저장할 수 있었다.
새로 개발한 집전체는 기존 구리 집전체보다 높은 성능을 낼 뿐만 아니라 극미량의 전해액만 존재하는 환경에서도 구동이 가능한 것으로 파악되고 있다.
연구 결과는 국제 학술지 Nature Communications 9월20일자 온라인판에 소개됐다. (강윤화 선임기자)