구리 호일로 리튬 전지 폭발 위험 낮췄다

이현욱 UNIST 교수 연구팀

울산과학기술원(UNIST) 연구팀은 기존의 다결정 구리 호일을 공중에 매달아 열처리해서 열역학적으로 에너지가 가장 낮은 구리 결정면이 성장해 전체 구리 호일을 하나의 결정면으로 만드는 데 성공했다./UNIST

리튬 전지의 폭발 위험을 줄일 수 있는 기술이 나왔다. 구리 원자를 정밀하게 배열한 금속 호일을 사용해 리튬의 불균일한 성장을 억제하는 방식이다.

울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 이현욱 교수 연구팀은 구리 단결정 호일을 무음극 리튬 전지에 적용해 수명과 효율을 높였다고 26일 밝혔다. 구리 호일은 리튬이 전지 표면에 균일하게 퍼지도록 유도해 덴드라이트 형성을 방지했다. 폭발 위험이 없는 무음극 리튬 전지 구현이 가능해진 것이다.

덴드라이트는 리튬이 불균일하게 쌓여 나뭇가지 모양으로 성장하는 구조를 말한다. 덴드라이트는 전지의 폭발 위험을 높이는 주요 원인이다.

연구팀은 다양한 구리 호일을 이용해 리튬의 성장 패턴을 비교했다. 그 결과 원자들이 불규칙하게 배열된 고 밀러 지수 결정면(high-index facet)이 덴드라이트 형성의 원인임을 밝혀냈다. 연구팀을 이를 이용해 리튬이 수직으로 성장하지 않고 수평으로 성장하게 제어하는 방법을 찾았다.

이현욱 교수는 “단결정 구리 금속 호일의 도입으로 리튬 전극의 수평 성장이 가능해져, 리튬 전지의 안정성을 높이고 잠재적인 폭발 위험성을 줄이는 데 중요한 역할을 했다”며 “금속 호일 결정면과 리튬 전착 간의 상관관계를 체계적으로 분석함으로써 새로운 연구와 개발 방향을 제시했다”고 평가했다.

참고 자료

Energy & Environmental Science(2024), DOI : https://doi.org/10.1039/d4ee01766h

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