화학연, 새로운 리튬 복합소재 개발…수명 3배 이상 향상

리튬 성장 안정화용 리튬 복합소재 제조.(한국화학연구원 제공)/뉴스1

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 수명이 3배 이상 우수한 이차전지 소재 개발에 성공했다.

한국화학연구원(KRICT) 김도엽 박사 연구팀은 차세대 리튬이차전지의 성능과 안전성을 확보한 새로운 리튬 복합소재를 개발했다고 5일 밝혔다.

연구팀은 이차전지 내 리튬금속의 제어 불가능한 마구잡이식 성장으로 성능과 안전성을 저해하던 문제를 해결, 기존 소재 대비 수명을 3배 이상 향상시켰다.

연구팀은 이온전도성이 높고 덴드라이트를 잘 억제할 수 있는 소재를 최초로 도입해 리튬을 고르게 잘 성장시키면서 리튬이온도 잘 전달하는 새로운 이차전지 음극 복합소재를 개발했다.

리튬 덴드라이트는 리튬이 고르게 자라나지 못하고 국소적으로 성장해 나뭇가지처럼 자라나는 현상으로, 전해액 분해를 가속해 전지의 성능을 떨어뜨리거나 심한 경우 분리막을 뚫고 자라나 양극과 접촉하는 쇼트를 일으켜 전지 폭발을 일으킬 수 있다.

연구팀은 리튬 덴드라이트 성장이 확연히 감소시켰으며, 전지의 수명이 3배 이상 증가한 것을 확인했다.

일반 리튬금속을 적용하면 70회 충·방전 이후 용량 감소율이 커지는 반면, 개발된 소재를 적용하면 250회 충·방전 후에도 급격한 용량 감소 없이 안정적으로 구동했다.

또 충·방전 속도가 일정 조건에서 20% 이상 증가했다.

연구팀은 리튬 복합소재의 고성능 및 대면적화를 위한 공정 기술 개발을 지속 추진할 예정이다.

이영국 화학연 원장은 “이번 연구를 통해 개발한 기술은 차세대 이차전지 핵심 소재 기술로, 이차전지 시장에서 기술 우위를 확보하고 차세대 이차전지 시장을 선점할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

한국화학연구원 기본사업, 과학기술정보통신부 나노 및 소재 기술개발사업의 지원을 받아 수행된 이번 연구의 결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스'에 게재됐다.

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