경희대학교(총장 김진상)는 이정태·유정목 융합바이오신소재공학과 교수 연구팀이 리튬금속배터리의 상용화 가능성을 높이는 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.
리튬금속배터리는 기존 리튬이온배터리보다 약 40% 높은 에너지 밀도를 자랑하지만, 충·방전 과정에서 발생하는 덴드라이트(뾰족한 결정)가 성능 저하와 폭발 위험을 초래해 상용화에 어려움을 겪고 있었다. 이를 해결하기 위해 연구팀은 새로운 첨가제인 폴리에테르설폰(PES)를 고체 전해질에 적용했다.
기존 액체 전해질에서는 PES가 충·방전 과정에서 화학적으로 변하며 성능을 향상시키는 것으로 알려져 있었지만, 연구팀은 PES가 고체 전해질에서도 구조를 유지하며 리튬 이온 이동을 돕고 덴드라이트 생성을 억제한다는 사실을 발견했다. 특히 상온에서도 PES는 배터리 충전 속도를 높이고 수명을 연장시키는 효과를 보였다.
실험 결과 PES를 첨가한 고체 전해질은 높은 이온 이동 속도를 나타냈으며, 5.5V의 높은 전압에서도 안정적으로 작동했다. 전기차와 에너지 저장장치에 주로 사용되는 리튬인산철(LFP) 배터리는 500회 충·방전 후에도 94.48%의 용량을 유지했으며, 에너지 밀도가 높은 NCM(니켈·코발트·망간) 배터리는 300회 충·방전 후에도 97%의 용량을 유지하며 뛰어난 성능을 입증했다.
이정태 교수는 “이번 연구는 고체 전해질에서 PES 화합물의 적용 가능성을 알린 초석이 될 것”이라며 “향후 다양한 유기 화합물을 활용해 안전하고 높은 성능을 보이는 고체 전해질 개발에 힘쓰겠다”고 말했다.
이번 연구는 세계적인 학술지 Chemical Engineering Journal(IF=13.4)에 온라인 게재되며, 차세대 배터리 기술의 초석으로 평가받고 있다.
용인=김동성 기자 estar@etnews.com
