DGIST, 화재·폭발 걱정 없는 리튬메탈배터리 개발

고체 전해질 사용···배터리 안정성 향상

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 고체 전해질을 사용한 새로운 리튬메탈배터리를 개발했다.

대구경북과학기술원(DGIST)은 김재현 에너지융합연구부 박사 연구팀이 전상은 경북대 교수 연구팀과 이같은 연구성과를 거뒀다고 22일 밝혔다. 배터리 안정성을 높이고 전체 배터리 부피를 줄일 수 있는 기술이다.

김재현 박사(맨 오른쪽 위)와 연구진.(사진=DGIST)

기존 액체 전해질은 외부 충격이나 변형으로 분리막이 손상되면 화재나 폭발 위험이 있었다. 충·방전을 계속하면서 리튬이 나뭇가지 모양으로 성장하는 ‘덴드라이트’ 현상이 발생해 폭발이나 화재를 유발한다. 이를 고체전해질로 바꾸면 사고 위험을 방지할 수 있따.

연구팀은 고체가소제를 고체 고분자 전해질에 넣어 기존 고체 고분자 전해질의 단점을 극복한 전고체 리튬메탈배터리를 제작했다. 이 배터리는 리튬 메탈 음극 계면에서 리튬 덴드라이트의 형성을 억제해 안정성을 높였다.

기존에 쓰는 이온성 액체는 리튬 덴드라이트로 인한 단락을 예방하지 못한다. 고체가소제는 이러한 단점을 극복할 수 있다. 연구팀은 고체 가소제로 BMI-Br을 사용해 고체 고분자 전해질의 이온전도도와 전기화학적 안전성을 높였다.

개발한 전해질은 높은 이온전도도와 화제를 제어하는 난연 특성까지 갖춘 것으로 나타났다. 이에 따라 높은 에너지 저장 용량을 유지하면서도 안정적으로 작동하는 배터리를 제작할 수 있다. 가령 폭발이나 화재 염려가 없는 착용형 장치 배터리에 쓸 수 있게 될 전망이다.

김재현 박사는 “안정성을 높이고 용량 유지율을 높인 고체 전해질을 개발해 리튬메탈배터리의 성능을 높였다”며 “앞으로도 안정적이고 효율적인 배터리 개발을 위해 노력하겠다”고 했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘Advanced energy materials’ 표지논문으로 게재됐다.

표지논문.(자료=DGIST)

강민구 (science1@edaily.co.kr)