전기차 한 번 충전에 '주행거리 걱정'을 덜 만큼 많은 에너지를 담으면서도, 폭발 위험은 더 낮춘 새로운 배터리 기술이 나왔다. 포스텍 연구진이 고에너지밀도 전극 소재에 자기장으로 리튬 이온 흐름을 제어해 덴드라이트(dendrite) 형성을 억제하는 차세대 하이브리드 음극 기술을 개발한 것이다.
최근 포스텍 화학공학과·배터리공학과 김원배 교수, 화학공학과 강송규 박사, 통합과정 김민호 씨 연구팀이 '망간-철(Mn-Fe)' 산화물 기반의 강자성 전환형 음극재에 외부 자기장을 적용해 리튬 이온의 이동 경로를 자기적으로 제어하는 마그네토-컨버전(Magneto-conversion) 방식을 개발했다. 이 연구는 에너지 분야 국제 학술지인 '에너지와 환경과학(Energy & Environmental Science)'에 소개됐다.
전기차와 대용량 에너지 저장장치 시장이 성장하면서, '더 많이 저장하면서도 안전한 배터리'가 업계의 가장 큰 과제가 되어왔다. 리튬 금속 음극은 이론상 에너지 저장 용량이 매우 크지만 충전과 방전을 반복하는 과정에서 바늘처럼 자라나는 덴드라이트가 합선을 일으켜 폭발로 이어질 수 있다. 반면 현재 널리 쓰이는 흑연 음극은 용량 한계가 뚜렷해 차세대 기술이 절실한 상황이었다.
연구를 이끈 김원배 교수는 "이번 방식은 리튬 금속 음극의 가장 큰 약점인 불안정성과 덴드라이트 문제를 한꺼번에 해결할 새로운 접근"이라며 "차세대 배터리 용량·수명·충전속도를 모두 개선할 기반 기술이 될 것"이라고 했다.
