금속유리 코팅 유무에 따른 증착된 리튬 증착 형상차이 모식도.(한국기술교육대 제공)/뉴스1

국내 연구진이 금속유리를 이용한 이차전지 음극소재를 세계 최초로 개발했다.

이로써 배터리 성능을 획기적으로 높일 수 있게 됐다.한국연구재단은 한국기술교육대학교 김석준 교수 연구팀이 금속유리를 이차전지의 집전체와 리튬 음극 표면에 코팅해 무음극 및 리튬메탈 이차전지의 수명을 높이는 기술 개발에 성공했다고 22일 밝혔다.

최근 배터리의 에너지 밀도를 높이기 위해 부피와 무게를 많이 차지하는 음극재를 제거하거나, 기존 음극재의 소재인 흑연을 리튬메탈 등으로 대체하는 기술 연구가 활발하다.

음극 전지나 리튬메탈 이차전지는 일반적인 리튬 이온 전지에 비해 중량 에너지 밀도를 약 1.5배 높일 수 있다.

하지만 리튬메탈이 지속적으로 전해질에 노출되고 전해질과의 부반응으로 인해 리튬이 소모돼 전지 수명이 단축되는 단정이 있다.이에 연구팀은 유리처럼 무질서한 원자 배열구조를 가진 합금인 금속유리가 이차전지에서 최적의 코팅 물질임을 규명했다.

연구팀은 금속유리가 액체와 유사하게 원자 배열에 규칙성이 없어서 결함이 매우 적기 때문에 균일한 표면을 갖고 내부식성 또한 매우 우수하다는 점에 주목했다.

이 물질을 집전체 및 리튬메탈 음극 표면에 코팅함으로써 충전 시 균일한 리튬 증착을 유도했고 그 결과 충전된 리튬과 전해질 간 접촉면적을 최소화해 셀 성능을 향상하는 데 성공했다.

김석준 한국기술교육대 교수./뉴스1

김석준 교수는 “현재 상용화된 이차전지를 제조하는 환경에서도 금속유리가 코팅된 리튬메탈을 적용할 수 있어서 리튬메탈 이차전지의 양산화에 큰 도움이 될 것으로 기대된다"고 말했다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 이공분야기초연구사업(기본연구)의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 표면 및 계면 분야 국제학술지 ‘스몰’에 지난달 8일 게재됐다.


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