레이저로 '상한 리튬' 살려낸다… 연세대, 차세대 배터리 수명 4배 늘렸다

펄스 레이저 2단계 공정 개발… 폐리튬 재생으로 경제성 확보
기술 상용화 위해 이달 교원·학생 창업 법인 '리바이브 솔루션' 설립

왼쪽부터 연세대 신소재공학과 김형동 박사과정생, 배터리공학과 김범준 연구원, 공주대 기계자동차공학부 이동경 교수, 연세대 신소재공학과 이홍경 교수. 연세대 제공

[파이낸셜뉴스] 전기차와 도심항공모빌리티(UAM)의 핵심 부품인 차세대 리튬 금속 배터리의 수명을 4배 늘리는 동시에, 상해서 버려지던 리튬 음극을 다시 살려내는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 대학 실험실 성과에 그치지 않고 이달 기술 창업 법인까지 설립돼 상용화 기대감을 높이고 있다.

연세대학교 신소재공학과 이홍경 교수와 공주대학교 이동경 교수 공동 연구팀은 펄스 레이저를 활용해 상용 리튬 금속 음극의 산화층을 제거하고 표면을 고르게 다듬는 기술을 개발했다고 22일 밝혔다. 이 연구 결과는 재료·에너지 분야 국제 학술지 '에너지 스토리지 머티리얼스(Energy Storage Materials)'에 게재됐다.

이번 기술의 핵심은 공기 중에 노출돼 녹슬듯 성능이 떨어진 리튬까지 새것처럼 복원할 수 있다는 점이다. 실험 결과 일반 대기 중에 4시간 동안 방치해 산화된 리튬 음극도 레이저 처리를 거치자 정상 음극과 비슷한 성능을 되찾았다. 고가의 리튬 자원을 재활용할 수 있어 배터리 제조 비용을 대폭 낮출 수 있는 길을 연 셈이다.

처리 방식도 간단하고 경제적이다. 유독한 화학물질을 쓰거나 음극에 직접 연마 장비를 대지 않고, 단 하나의 레이저 설비로 산화층 제거와 표면 평탄화 작업을 순차적으로 끝낸다.

이렇게 다듬어진 리튬 음극을 적용한 전지는 실제 상용 전지에 가까운 높은 용량 조건에서 200회 이상 안정적으로 충·방전되며 기존보다 약 4배 길어진 수명을 증명했다.

이홍경 연세대 교수는 "품질이 제각각인 상용 리튬 금속 음극의 표면을 정밀하게 개선해 차세대 배터리의 제조 신뢰성을 크게 높였다"며, "성능이 저하된 리튬까지 재생할 수 있어 자원 효율화에 기여할 것"이라고 강조했다.

연구팀은 기술 개발과 동시에 산업 현장 적용을 위한 사업화에 나섰다. 연구에 참여한 김형동 연구원은 이달 '리바이브 솔루션(LiVive Solution)'이라는 법인을 설립하고 교내 드라이룸에 레이저 통합 시스템을 구축하는 등 본격적인 기술 창업에 들어갔다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부 지원 사업과 현대자동차 공동 배터리연구센터 등의 지원을 받아 수행됐다.

monarch@fnnews.com 김만기 기자