- UNIST와 고려대, 미 라이스대 공동 연구팀
- 리튬금속 성능·안정성 향상…리튬금속전지 상용화 기여
UNIST(총장 이용훈)는 이현욱 에너지화학공학과 교수와 곽상규 고려대 화공생명공학과 교수, 하오티안 왕 미국 라이스대 교수 공동연구팀이 리튬금속 음극소재 표면에 형성되는 고체전해질 계면(SEI)층의 나노구조와 성능향상 원리를 규명했다고 18일 밝혔다.
공동연구팀은 극저온 투과전자현미경 분석법(Cryogenic electron microscopy)과 범밀도함수 이론(Density functional theory, DFT) 계산을 활용해 이 같은 연구성과를 거뒀다.
리튬금속 음극 소재는 상용 흑연 음극소재 보다 용량이 10여배 높아 차세대 전지 음극소재로 활발히 연구되고 있다. 하지만 상용화하기에는 소재 불안정성, 전지 구동 과정에서 소재 표면에 형성되는 이중 SEI층 구조와 구동 원리 이해 부족 등 여러 문제점을 안고 있다.
공동연구팀은 극저온 투과전자현미경 분석법을 활용, 그간 민감한 특성으로 인해 분석이 어려웠던 리튬금속과 이중 SEI층의 정확한 구조를 파악하는 데 성공했다.
구조 파악 결과, 이중 SEI층은 무기 성분 리튬금속이 음극 표면에 고르게 분포돼 있어 리튬 이온을 빠른 속도로 전도할 수 있다는 것을 확인했다. 또한 국부적으로 리튬이 집중되는 현상을 방지하고 전지 구동에 치명적인 수지상 형성 또한 억제할 수 있음도 밝혀냈다.
이현욱 교수는 “전지 전체 성능에 영향을 미치는 계면 분석이 중요하지만 이에 적합한 고도분석 센터는 우리나라에 부족한 실정”이라며 “이번 연구는 기존에 알려지지 않았던 이중 SEI층의 구조와 성능 향상 원리를 밝혀내 리튬금속전지 상용화에 기여할 수 있을 것”이라 말했다.
이번 연구는 UNIST 미래선도형 특성화사업, 과학기술정보통신부·한국연구재단 중견연계 신진후속 사업, 한국에너지기술평가원 에너지신산업 글로벌 인재육성사업의 지원으로 수행됐다.
부산=임동식 기자 dslim@etnews.com
