리튬 이온 배터리는 電氣自動車나 스마트폰 等 電子機器의 에너지 供給 裝置로 널리 쓰인다. 게티이미지뱅크
國內 硏究팀이 배터리 속 리튬(Li) 이온의 移動을 돕는 가벼운 3次元 高分子 構造體를 開發했다. 배터리의 에너지 密度를 極大化하면서도 輕量化에 寄與할 수 있어 未來 배터리 技術의 基盤으로 注目받는다.
포스텍은 박수진 化學科 敎授팀이 韓國에너지技術硏究院 송규진 先任硏究員, 포스코홀딩스 未來技術硏究院과의 共同硏究를 통해 배터리의 리튬(Li) 金屬 陰極에서 리튬 이온 移動을 돕는 3次元 高分子 構造體를 開發하는 데 成功했다고 20日 밝혔다. 硏究結果는 지난달 22日 國際學術誌 '어드밴스드 사이언스'에 公開됐다.
리튬 金屬을 使用한 배터리 陰極의 에너지 容量은 1그램(g)當 3860밀리암페어時(mAh)로 現在 商用化된 黑鉛(C) 陰極과 比較해 10倍 以上 크다. 배터리를 衝·妨電하는 過程에서 리튬 이온이 均一하게 分布되지 않으면 '죽은 리튬'이라는 領域이 생기며 배터리 容量과 性能을 떨어뜨린다는 點이 解決해야 할 課題다. 또 陰極에서 리튬 金屬이 한 方向으로 길게 자라나 反對便 兩極에 닿으면 內部 段落이 發生한다.
리튬 金屬 陰極의 問題點을 解決하기 위해서 3次元 構造體를 活用해 陰極에서 리튬 이온 移動을 最適化하는 硏究가 活潑하지만 大部分 무거운 金屬이 使用돼 배터리의 무게가 무거워진다는 短點이 있다. 硏究팀은 무게가 가벼우면서도 리튬 이온과 親和性이 높은 高分子 物質인 '폴리비닐 알코올'과 炭素 나노 튜브(tube)·區(sphere)를 活用해 하이브리드 多孔性 構造體를 開發했다.
배터리 속 리튬 이온은 硏究팀이 開發한 多孔性 構造體 틈새로 移動하며 배터리를 急速으로 充電하는 狀況에서도 리튬 金屬 陰極에 均一하게 蒸着됐다. 構造體가 適用된 배터리는 200周忌 以上 衝·放電을 반복한 後에도 높은 安定性을 보였다.
또 硏究팀은 "實驗室 水準의 코인(coin) 셀이 아니라 實際 産業 現場에서 쓰는 파우치(pouch) 셀 水準으로 實行을 進行했다"며 "技術 商用化 可能性이 매우 크다"고 說明했다.
박수진 敎授는 "리튬 金屬 배터리의 에너지 密度를 極大化할 새로운 可能性을 열었다"고 傳했다. 송규진 先任硏究員은 "배터리 輕量化와 高에너지 密度를 同時에 達成한 構造體가 未來 배터리 技術의 劃期的인 轉換點이 될 것"이라고 밝혔다.