KIST, 리튬금속전지 불안정성 해결 실마리는 ‘알루미늄’

[테크월드=선연수 기자] 한국과학기술연구원(KIST)의 에너지저장연구단 조원일 박사팀이 리튬금속전지의 물리화학적 불안정성을 제거할 리튬-알루미늄 합금 기반의 새로운 음극재를 개발했다. 이와 함께 전해질 시스템을 최적화해 기존에 개발된 리튬이온전지 대비 2배 이상 수명을 끌어올리는 데도 성공했다.

리튬금속전지는 리튬금속 표면에서 발생하는 덴트라이트로 인해 전극 단락과 폭발 가능성이 제기되며 흑연 음극을 사용하는 리튬이온전지가 먼저 상용화됐다. 상용화 이후 지속적으로 기술개발이 이뤄진 리튬이온전지는 최근 단위 무게당 에너지 밀도를 더 이상 높이기 어려운 한계점에 이른 것으로 평가되고 있다. 반면, 전기차나 드론과 같은 고성능·고용량 전지가 요구되는 상황에 따라 리튬금속 음극의 전기화학적 안정성을 확보하기 위한 연구가 이어지고 있다.

KIST 연구진은 시중에서 쉽게 구할 수 있는 알루미늄에서 문제 해결의 실마리를 찾았다. 순수 리튬금속 음극을 리튬-알루미늄 합금으로 대체해 불안정성을 제어하는 한편, 음극 표면에 이황화몰리브덴(MoS) 기반의 초박막 인조보호막을 형성해 전지 용량과 수명을 급격히 저하시키는 덴트라이트의 성장을 억제했다. 특히, 초박막 인조보호막의 실제 양산성 확보를 위해 그래핀 대신 이황화몰리브덴과 리튬-알루미늄 합금으로 가격을 낮추고, 복잡한 제조공정을 단순화하고, 전지의 안정화에 연구력을 집중하고 있다.