우리 연구진이 영하 20℃에서 영상 60℃까지 넓은 온도범위에서 높은 성능을 자랑하는 리튬금속 전지 전해액 기술을 개발했다. 기존에 보고되지 않은 새로운 구조를 활용하는 등 새 요소 적용으로 전지수명을 크게 끌어올렸다.
한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 최남순 생명화학공학과 교수팀이 이와 같은 기술을 개발했다고 4일 밝혔다.
개발 전해액은 기존에 보고되지 않은 새로운 '솔베이션 구조'를 형성했다. 이 솔베이션 구조는 전하를 띠지 않은 용매가 양이온을 둘러싸 껍질을 형성한다. 염(이온성 화합물) 농도를 높이지 않고도 배터리 작동 온도범위를 넓힐 수 있는 요인이다.
최남순 교수팀은 이와 같은 용매 조성기술, 전극계면 보호기술을 적용해 기존보다 현저히 높은 가역효율을 달성했다. 가역효율은 매 사이클마다 전지 방전용량을 충전용량으로 나눠 백분율로 나타낸 값이다. 가역 효율이 높을 수록 용량 손실이 적다.
연구진이 이룬 가역 효율은 영하 20℃ 기준 300회 사이클시 99.9%, 상온(25℃) 200회 99.9%, 고온 45℃ 100회 99.8%로 매우 높다.
수명도 뛰어나다. 완전 충전-완전 방전조건에서 첫 사이클 방전 기준 용량 80%가 나오는 횟수를 배터리 수명으로 보는데, 개발 전해액 기술은 상온에서 200회 충·방전 후에도 85.4%의 높은 방전용량 유지율을 보였다. 고온과 저온 환경에서도 용량 유지율이 기존 상용기술 대비 약 20% 높았다.
연구진은 새롭게 개발한 솔베이션 구조 전해액 기술이 리튬이차전지 전해액 시장에서 게임 체인저가 될 것이라고 설명했다.
관련 논문 공동 제1 저자인 김세훈 KAIST 생명화학공학과 박사과정은 “리튬금속 전지용 전해액 기술 개발 한계를 뛰어넘는 기술을 개발했다”고 말했다.
최남순 교수는 “솔베이션 구조 개선 기술, 안정적인 전극-전해질 계면 형성 시너지 효과는 고에너지 밀도 리튬금속 전지의 난제들을 해결하고, 새로운 전해액 설계 방향을 제시했다“고 강조했다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
