지스트 연구팀, 리튬메탈 전지 상용화 기술 개발

[헤럴드경제(광주)=서인주 기자] 지스트(광주과학기술원)는 신소재공학부 엄광섭 교수팀이 탄소섬유 페이퍼를 음극소재로 사용해 리튬메탈 전지의 내구성을 3배 이상 향상하는 기술을 개발했다고 28일 밝혔다.

리튬이온의 음극 소재인 흑연을 리튬메탈로 대체한 리튬메탈 전지는 이론적으로 기존의 리튬이온 전지보다 10배 높은 용량을 구현할 수 있다.

그러나 충·방전 중에 리튬 표면에 결정 돌기가 생성되면서 분리막을 찢는 현상이 나타나기 때문에 내구성과 안전성 문제가 있어 상용화되지 못하고 있다.

연구진은 리튬메탈 전지의 음극 소재로 쓰이는 리튬메탈을 코팅한 구리 박막을 리튬메탈이 함유된 얇은 탄소섬유 페이퍼로 대체해 사용한 결과, 구리 박막보다 3배 이상 높은 내구성을 갖는 리튬메탈 전지를 제조할 수 있었다.

구리 박막은 약 100회의 충·방전 사이클 이후에 단락이 일어났지만, 새로 개발한 탄소섬유 페이퍼는 300 사이클 이상에서도 안정적인 성능을 보였다.

녹은 리튬이 탄소섬유 페이퍼에 이른 시간 안에 흡수되는 특성도 보여 전극 제조공정을 단순화시킬 수 있을 것으로 예상된다.

연구는 한국과학기술연구원(KIST) 전북분원 복합소재기술연구소 탄소융합소재연구센터 이성호 센터장 연구팀과 함께 수행했으며, 국제학술지 '어드밴스드 에너지 머티리얼즈' 1월호에 그 결과가 게재됐다.

엄광섭 교수는 "구리보다 훨씬 가벼운 탄소섬유의 간단한 표면처리로도 리튬메탈 음극용 집전체로서 충분한 안정성을 확보할 수 있다는 데 가장 큰 의의가 있다"고 말했다.