DGIST, 리튬 금속 음극 성능 확보할 전해질 설계 원리 규명

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리튬 금속 음극 내구성 개선하는 전해질 설계 원리 규명
미래 전기차 이차전지 개발 및 내구성 향상에 활용 기대

대구경북과학기술원(DGIST·총장 국양)은 이홍경 교수·이호춘 에너지공학전공 교수 공동연구팀이 리튬 금속 음극 성능을 확보할 수 있는 전해질 설계 원리를 규명했다고 21일 밝혔다.

이번에 규명한 전해질 설계 원리는 기존 전해질보다 리튬 금속 음극 수명을 늘릴 수 있어, 향후 전기자동차용 이차전지 개발에 긍정적 영향을 줄 것으로 보인다.

왼쪽부터 이호춘 DGIST 에너지공학전공 교수, 이홍경 교수, 조영성 석사과정
<왼쪽부터 이호춘 DGIST 에너지공학전공 교수, 이홍경 교수, 조영성 석사과정>

높은 이론 용량과 에너지 밀도를 갖는 리튬 금속 전극은 이차전지의 가장 이상적인 음극재다. 하지만 전지 수명 감소와 발화 등 해결해야 할 과제가 남아 있다.

공동연구팀은 다양한 온도에서 유사 고농도 전해질이 리튬 금속 음극, 리튬 금속 이차전지의 내구성과 장기수명에 미치는 영향을 규명했다.

기존 고농도 전해질에 비해 유사 고농도 전해질 적용 시 저온(5℃)과 고온(60℃)에서 리튬 금속 음극 내구성이 크게 향상했으며, 리튬 금속 이차전지의 장기수명 또한 40%이상 증가시키는 것을 확인했다.

추가적으로 이차전지의 전기화학적 과전압과 리튬음극 계면의 열안정성 분석을 통해 유사 고농도 전해질이 보이는 개선 효과 원인도 규명했다. 유사 고농도 전해질은 세 가지 과전압 성분이 모두 감소했으며, 특히 저온에서 과전압 감소 효과가 두드러졌다.

이호춘 교수는 “이번에 규명한 분석 결과는 리튬 금속 전지용 전해질 설계 지침이 될 수 있는 원천 기술이다. 향후 리튬 금속 음극을 사용하는 다양한 차세대 전지용 전해액 시스템 설계에도 적용할 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구는 DGIST 에너지공학전공 박기성 박사와 조영성 석사과정생이 공동 제1저자로 참여했다. 과학기술정보통신부 한국연구재단 기초연구실 지원사업, 우수 신진연구 지원사업, 중견연구자 지원사업을 수행된 이번 연구성과는 최근 에너지 분야 저명 국제 학술지인 '케미컬 엔지니어링 저널'에 온라인 게재됐다.

대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com