국내 연구진이 리튬메탈전지의 내구성을 기존보다 3배 높인 음극재 소재를 개발했다.
한국과학기술연구원(KIST)은 전라북도분원 복합소재기술연구소 탄소융합소재연구센터 이성호 센터장 연구팀이 광주과학기술원(GIST) 엄광섭 교수팀과 함께 탄소섬유 페이퍼를 음극 소재로 사용해 리튬메탈전지 내구성을 높이는 기술을 개발했다.
리튬메탈 전지는 LiB(리튬이온전지)의 음극재로 사용된 흑연을 리튬메탈로 대체한 것으로 이론상 LiB 대비 10배 높은 용량을 만들 수 있다.
하지만, 충·방전 중 리튬 표면에 돌기 모양으로 자라나는 결정 돌기가 생겨나며 분리막을 찢는 현상 때문에 내구성과 안전성 문제로 상용화에 어려움을 겪었다.
연구팀은 리튬메탈전지의 음극재로 쓰이는 리튬메탈 코팅 구리 박막을 리튬메탈을 함유한 얇은 탄소섬유 페이퍼로 대체했으며 탄소섬유 위를 무기나노입자로 표면 처리해 리튬이 잘 달라붙으면서도 결정이 뾰족하게 자라나지 않도록 했다.
구리 박막은 약 100회 충·방전을 거치면 분리막에 문제가 생기는 단락이 일어나나 새로 개발한 탄소섬유 페이퍼는 300회 이상에서도 안정적인 성능을 유지했고 리튬메탈전지 에너지밀도 역시 구리 박막 대비 1.8배 높인 것으로 확인됐다.
이성호 센터장은 “신규 음극재는 구리 대비 탄소섬유 밀도가 5배 낮고 가격이 저렴하다”며 “내구성이 높고 경량화된 리튬메탈전지 상용화를 앞당길 것”이라고 강조했다. (K)