향후 차세대 초고에너지 이차전지로 불리는 리튬금속전지의 수명을 높이고, 폭발 등 안정성 문제를 개선하는 기술로 활용될 것으로 기대된다.
최근 이차전지 활용 분야가 늘면서 리튬금속 기반의 고에너지밀도 차세대 이차전지 개발이 주목받았지만, 리튬의 높은 반응성 탓에 수지상 형성과 단락으로 인한 폭발, 전지 수명 저하, 안정성 문제가 발목을 잡았다. 이에 따라 리튬금속음극을 안정화하는 기술이 필수적인 상황이었다.
류 교수 연구팀은 메틸피롤리돈(Methyl pyrrolidone) 기반 분자 쌍극자를 전해질 첨가제로 도입해 빠른 충·방전이나 반복적인 장기간 구동에도 리튬수지상의 형성을 막는 방식으로 표면을 평탄화하고 고체전해질계면(Solid Electrolyte Interphase, SEI)의 안정성을 동시에 높이는 기술을 개발했다.
이 기술을 활용하면 금속 음극이 5mA/cm2의 높은 인가전류에서 전착과 용출을 반복하더라도 리튬음극표면이 평평하게 유지되고 안정적인 리튬 결정성장을 보인다고 보고했다. 또한, 고체 전해질 계면(SEI)도 안정적인 구조를 갖도록 도와주는 특징이 있는 것으로 파악했다.
류원희 교수는 “기존 전해질에 쉽게 도입할 수 있는 분자 쌍극자 기반 첨가제 연구를 바탕으로 리튬공기전지와 리튬황전지, 전고체전지 등 리튬금속기반 차세대 전지의 성능을 크게 향상할 수 있다”고 밝혔다.
정유진 기자 jinjin@hankyung.com
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