화학뉴스

울산과학기술원(UNIST)이 리튬메탈전지 상용화를 위한 발판을 마련했다. 
에너지화학공학과 이현욱 교수 연구팀이 금속 화합물을 활용한 전극 공정 기술을 개발해 리튬메탈전지의 성능을 크게 향상시켰다.
UNIST에 따르면, 연구팀은 금속 불소화합물을 이용해 금속 표면은 보호층을 이루고 내부는 리튬 원자의 이동성이 향상된 리튬합금으로 구성된 전극 공정 기술을 개발했다.
리튬메탈은 높은 용량과 낮은 구동 전압으로 이상적인 차세대 음극재로 주목받고 있지만 수명이 짧고 화재 위험이 있다는 점이 단점이다.
특히, 리튬을 전착할 때 발생하는 새로운 리튬 표면이 유기 전해질과 계속해서 반응해 리튬 전해질에 손실을 입히고 피막층을 형성해 성능을 크게 저하시킨다.
UNIST 연구팀에 따르면 전지 성능 향상을 위해 낮은 열처리 조건에서도 리튬과 활발히 반응하는 금속 불소의 성질을 이용해 리튬 불소가 표면 보호층을 형성하면서 내부 리튬 합금을 전해질로부터 보호할 수 있게 된다.
따라서 리튬 합금 전극은 전해질 첨가제가 포함된 시스템에서 구동할 때 기존 전극 대비 약 2000시간 이상으로 약 4배 이상 향상된 전지 수명을 보였으며 전해질 첨가제가 포함되지 않은 시스템에서도 700시간 이상 안정적으로 구동되는 것이 확인됐다.
UNIST 연구팀은 실시간 투과전자현미경 분석법으로 금속 불소화합물이 리튬과 반응하는 메커니즘도 규명함에 따라 연구가 향상된 리튬 금속 소재 개발에 도움을 줄 것으로 기대하고 있다.
김민호 박사후연구원은 제1저자로서 “연구는 합금 상태도를 이용해 기존 리튬메탈에 비해 계면 특성이 향상된 합금을 만드는 기준점을 제시했다”며 “리튬메탈전지 상용화를 위한 한 지표가 될 것”이라고 강조했다.
연구 결과는 나노 소재 국제 학술지 나노 레터스(Nano Letters) 2023년 4월7일 자에 온라인으로 게재됐다. 
UNIST 연구는 미래선도형 특성화사업, 과학기술정보통신부·한국연구재단 중견연계 신진후속사업, 기후변화대응기술개발사업의 지원을 받아 이루어졌다. (Y)