다아라 매거진 _ 2018.08

기술뉴스

[Technical News]배터리 성능 향상, 실시간 이미징 기술로 현실화

배터리 내부 관찰해 리튬금속전지 성능 향상

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실험의 개략도


리튬금속은 리튬이온전지의 에너지 용량을 끌어올릴 차세대 음극 물질로 주목된다. 음극 물질 중에서 구동 전압도 가장 낮고, 현재 상용화된 흑연 음극보다 용량이 10배 가량 우수하다. 그러나 충·방전 반응이 일어날 때 전극에 나뭇가지 모양으로 결정이 생겨 전지의 성능이 낮아지는 문제가 있었다.

배터리 내부 관찰을 통해 성능이 향상된 리튬금속전지가 개발됐다. 배터리 실시간 이미징 전문가 이현욱 교수(울산과학기술원) 연구팀이 싱가포르 A 스타 연구소(A Star)와의 공동연구를 통해 리튬금속전지의 수명과 안정성을 향상시켰다고 한국연구재단(이사장 노정혜)은 밝혔다.

연구팀은 리튬금속 표면에 실리콘을 코팅해서 나뭇가지 모양의 결정이 성장되지 않도록 제어했다. 그 결과 전지의 성능도 개선되고, 수명도 더 길어졌다.

특히 배터리가 구동할 때의 반응을 실시간으로 관찰해, 개발된 리튬금속 전극이 어떤 원리로 성능이 개선되는지 시각적으로 입증했다.

일반 리튬금속 음극은 수지상 결정이 분리막을 뚫고 전지를 단락시키는 반면, 실리콘 코팅된 리튬금속 음극은 수지상 결정이 없어서 충전이 고르게 일어나고 부피팽창된 모양도 안정적이다.

이현욱 교수는 “이 연구는 리튬금속 음극 물질의 거동, 부피팽창 및 수지상 형성 현상을 이해하고 그 해결점을 제시한 것”이라며, “이렇게 직접 관찰한 결과를 실제 전지에 적용해, 리튬금속전지 상용화에 기여할 수 있다”고 연구의 의의를 설명했다.

연구진에 의하면, 리튬이차전지는 타 전지 시스템에 비해 출력 특성이 우수하고, 에너지 밀도가 높으며 환경적으로도 비교적 안전하다는 점에서 많이 연구되고 있다. 그러나 저공해 하이브리드 자동차나 전기자동차에 응용하기 위해서는 높은 에너지 밀도가 요구된다.

따라서 리튬 메탈 음극활물질에 대한 연구가 새롭게 시작되었다. 이 연구는 리튬 이차전지 연구에 직면하고 있는 리튬 메탈 음극 상용화에 이바지 할 수 있는 도약 연구가 될 것으로 판단되며, 기존의 성능향상 목적의 리튬 메탈 음극 연구에 학문적으로 다가서는 의의가 있다.

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