국내 연구진이 용량 한계에 부딪힌 리튬이온전지보다 에너지 밀도가 10배 더 높은 ‘리튬금속전지’의 안정성을 높이는 소재를 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 17일 에너지저장연구단 조원일 박사(사진)팀이 리튬·알루미늄 합금을 기반으로 안정성이 뛰어난 리튬금속전지 음극재를 개발했다고 밝혔다. 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 10월25일자에 실렸다.

리튬금속전지는 리튬금속을 음극으로 쓰는 전지다. 이는 스마트폰과 전기자동차 등에 널리 쓰이는 리튬이온전지보다 이론상 에너지 밀도가 10배 더 높다고 알려졌다. 그러나 리튬금속의 높은 반응성 때문에 폭발하거나 수명이 줄어드는 문제가 생겨서 흑연을 음극재로 쓴 리튬이온전지가 먼저 상용화됐다. 그간 리튬금속전지 상용화의 최대 걸림돌인 물리화학적 불안정성을 제거하기 위한 연구가 오랫동안 진행돼왔으나 해법을 찾지 못한 상태였다.

연구팀은 쉽게 구할 수 있는 알루미늄에서 문제 해결에 실마리를 찾아냈다. 기존의 리튬금속 음극을 리튬·알루미늄 합금으로 대체해 에너지 밀도와 안정성을 동시에 높였다. 또 음극 표면에 초박막 인조보호막을 입혀 전지 용량과 수명을 개선했다. 연구팀은 전해질 시스템도 최적화해 수명을 기존 리튬이온전지보다 2배 이상 늘리는 데도 성공했다고 밝혔다.

조 박사는 “이번 차세대 이차전지 개발의 핵심인 리튬 음극 안정화와 전해질 기술이 앞으로 고용량 전지가 필요한 드론, 자율주행차, 에너지저장시스템(ESS) 등의 발전에 기여할 수 있기를 기대한다”고 말했다.

김기범 기자 holjjak@kyunghyang.com

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