국내 연구진이 세계 최초로 금속유리를 이용한 이차전지 음극 소재를 개발해 배터리 성능을 획기적으로 높일 수 있게 됐다.
한국연구재단(이사장 이광복)은 김석준 한국기술교육대 교수 연구팀이 금속유리를 이차전지 집전체와 리튬 음극 표면에 코팅해 무음극 및 리튬메탈 이차전지 수명을 향상하는 기술을 개발했다고 22일 밝혔다.
전기차와 친환경 모빌리티 등 이차전지 수요 증가로 현재 가장 많이 사용하는 리튬이온 전지보다 용량이 크고 충전이 빠른 차세대 이차전지 필요성이 높아지고 있다.
특히 배터리 에너지 밀도를 높이기 위해 부피와 무게를 많이 차지하는 음극재를 없애거나 기존 음극재 소재인 흑연을 리튬메탈 등으로 대체하는 기술 연구가 활발하다. 다만 리튬메탈이 지속해서 전해질에 노출되고, 전해질과 부반응으로 인한 리튬 소모로 전지 수명이 단축된다는 단점이 있다.
연구팀은 유리처럼 무질서한 원자 배열구조를 가진 합금인 금속유리가 이차전지에서 최적의 코팅 물질임을 규명했다. 금속유리가 액체와 유사하게 원자 배열에 규칙성이 없어 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 유도했으며, 그 결과 충전된 리튬과 전해질 간 접촉면적을 최소화해 셀 성능을 향상하는 데 성공했다.
또 금속유리는 우수한 내산화성으로 산화와 환원 반응이 활발히 일어나는 이차전지 내에서 리튬메탈 음극 보호막 역할을 해 전해질과 부반응을 억제, 셀 수명을 획기적으로 끌어올렸다.
김석준 교수는 “현재 상용화된 이차전지를 제조하는 환경에서도 금속유리가 코팅된 리튬메탈을 적용할 수 있다”며 “리튬메탈 이차전지의 양산화에 큰 도움이 될 것으로 기대한다”고 말했다.
과학기술정보통신부와 한국연구재단 지원으로 수행된 이번 연구성과는 표면 및 계면 분야 국제학술지 스몰(Small)에 지난 8일 실렸다.
이인희 기자 leeih@etnews.com
