[충청뉴스 이성현 기자] 국내 연구진이 배터리 폭발을 막는 리튬 보호막 제조 기술을 개발했다.
해당 기술은 차세대 이차전지로 주목받는 리튬금속전지의 최대 난제인 덴드라이트 문제 해결을 위해, 박막 보호막 전사 인쇄 기술이 도입했다.
한국화학연구원은 석정돈 박사 연구팀이 고체 고분자와 세라믹을 복합한 하이브리드 보호막을 리튬금속에 전사 인쇄 방식으로 적용해, 덴드라이트 성장을 효과적으로 억제하는 기술을 개발했다고 11일 ㅂ락혔다.
리튬금속전지는 흑연 대신 리튬금속을 음극으로 사용하는 차세대 이차전지다. 이론 용량 상 같은 무게의 기존 흑연 음극 리튬이온전지 보다 약 10배 많이 전기를 저장할 수 있어, 전고체전지 및 리튬-황 전지 등 고에너지밀도 이차전지 핵심 소재로 주목받고 있다.
다만 충·방전 중 표면에 나뭇가지처럼 자라는 덴드라이트(dendrite)로 인해 단락·화재 위험이 크고 수명도 짧은 문제가 있다.
전사 인쇄 공정은 별도 기판 위에서 보호막 박막을 제조한 뒤, 리튬 금속에 롤 압착 방식으로 물리적 전사하는 기술이다. 보호막-리튬 부착 시 용매를 쓰지 않아 리튬 손상을 방지하며, 리튬 전극의 두께 불균일성을 극복해 우수한 균일도와 공정 반복성을 확보할 수 있다.
연구팀이 전사 인쇄 공정으로 만든 보호막은 파우치셀에서도 유효성을 확인했으며 100회 충·방전 후에도 81.5%의 용량 유지율, 55.34밀리볼트(mV)의 낮은 과전압, 99.1%의 충전 용량 대비 방전 용량 비율을 달성하며 보호막이 없는 경우보다 2배 이상 향상된 수명 특성을 보였다.
또 배터리를 9분 이내 완전 방전시키는 고출력 조건에서도 74.1%의 용량을 유지해 더 빠르고 안정적인 고효율 충·방전 특성을 보였다.
연구진은 “이번 연구는 새로운 보호막 소재와 대면적 전사 인쇄 공정을 결합해 리튬금속전지 상용화의 걸림돌이었던 계면 안정성과 기존 코팅 공정의 한계를 동시에 극복한 성과”라고 설명했다.
이영국 원장은 “고에너지밀도 리튬금속전지 구현을 위한 가장 실용적인 해법 중 하나로, 글로벌 이차전지 경쟁력 확보에 기여할 것”이라고 말했다.
