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[여성종합뉴스/민일녀] 고속 충·방전에도 안정적인 대용량 리튬금속전지를 개발한 한국전기연구원(KERI) 차세대전지연구센터 김병곤 박사팀의 관련 연구가 저명 국제학술지 표지논문으로 게재됐다.

김병곤 박사/KERI 제공

29일 KERI에 따르면 리튬금속전지는 리튬금속 자체를 음극으로 사용하는 전지다.

리튬금속 음극은 기존 리튬이온전지의 음극으로 쓰이는 흑연(372mAh/ｇ)과 비교해 이론상 저장용량이 10배 이상(3천860mAh/ｇ) 높아 전기차나 에너지저장장치(ESS) 등 대용량 전지가 필요한 분야에서 관심을 받고 있다.

그러나 이런 장점에도 리튬금속은 충·방전을 거듭할수록 나뭇가지 모양의 '수지상 결정'이 형성돼 부피가 점점 커지고, 결국 전지 수명 저하 또는 내부 단락에 따른 화재·폭발 등으로 이어질 수 있는 문제를 안고 있다.

김 박사팀이 이를 해결하기 위해 개발한 기술은 '중공 코어 다공성 쉘 구조의 탄소 나노섬유'다.
 

중공 코어(Core) 부분에는 리튬 친화성 물질인 금 나노 입자를 소량 첨가했다.

ACS Nano 8월호/KERI 제공

금은 리튬과 먼저 반응해 리튬의 성장 방향을 제어함으로써 리튬을 코어 내부에 저장할 수 있도록 도와준다.

쉘 부분에는 리튬 이온이 자유롭게 이동할 수 있도록 일종의 구멍인 '기공'을 만들었다.

지난해 김 박사팀이 발표한 기존 중공 코어 쉘 구조에서는 고속 충·방전 조건에서 리튬 이온이 탄소물질인 쉘과 만나면 쉘 표면에 전착되는 문제가 있었다.

그러나 연구팀은 거듭된 연구를 통해 쉘에 기공을 도입함으로써 고속 충·방전 조건에서도 리튬의 수지상 성장 없이 전·탈착 효율을 크게 높일 수 있었다고 설명했다.

김 박사팀은 문장혁 중앙대 교수와의 협업을 통해 기술의 효과도 이론적으로 검증했다.

전계방사법(electrospinning)이라는 합성법을 통해 고효율 리튬 저장체의 대량 생산을 가능하게 했다는 측면에서 실용성도 크다고 평가했다.

김병곤 박사는 "리튬금속전지는 고용량이라는 장점에도 불구하고 안정성 문제로 상용화까지 넘어야 할 산이 많다"며 "이번 성과는 고속 충·방전 조건에서도 리튬 전·탈착 효율이 향상된 리튬 저장체를 대량으로 생산하는 기법을 개발했다는 점에서 가치가 크다"고 말했다.

이번 연구 결과는 미국 화학회(American Chemical Society)가 발행하는 재료과학 분야 최상위급 SCI 학술지인 'ACS Nano' 8월호에 표지논문으로 실렸다.(연합뉴스)