DGIST, 리튬 금속 음극의 수명과 안정성을 확보할 새로운 전해질 설계원리 규명

미래 전기차 내구성 향상에 활용 기대돼

DGIST에너지공학전공 이홍경 교수·이호춘 교수 공동 연구팀이 리튬 금속 음극의 성능을 확보할 수 있는 전해질 설계 원리를 규명했다고 21일 밝혔다.

이번 연구는 향후 전기자동차용 이차전지 개발에 긍정적인 영향을 줄 것으로 기대된다.

▲왼쪽부터 DGIST 에너지공학전공 이호춘 교수, 이홍경 교수, 조영성 석사과정생ⓒDGIST

리튬 금속 전극은 이차전지의 가장 이상적인 음극재다. 하지만 전지 수명 감소와 발화 등이 다양한 문제들이 해결해야 할 과제로 남아 있다.

최근 유사 고농도 전해질이 리튬 금속 음극의 내구성을 크게 개선시킨다는 연구 결과가 보고됐지만, 유사 고농도 전해질의 효과가 전지가 실제 구동하는 온도범위인 영하20도 ~ 60도 사이에서의 효과와 작용 기작에 대한 규명은 이뤄지지 않았다.

공동연구팀은 기존 고농도 전해질에 비해 유사 고농도 전해질 적용 시, 저온(5oC)과 고온(60oC)에서 리튬 금속 음극의 내구성이 크게 향상시켰으며,  장기수명 또한 40%이상 증가시키는 것을 확인했다.

추가적으로 유사 고농도 전해질은 세 가지 과전압 성분이 모두 감소했으며, 특히 저온에서 과전압 감소 효과가 두드러졌고, 이로 인해 저온 내구성이 개선된 것을 확인했다.

연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단 기초연구실 지원사업, 우수 신진연구 지원사업, 그리고 중견연구자 지원사업의 지원을 받아 수행됐다.

DGIST 에너지공학전공 이호춘 교수는 “이번에 규명한 분석 결과는 리튬 금속 전지용 전해질의 설계의 지침이 될 수 있는 원천 기술이다”며 “향후 리튬 금속 음극을 사용하는 다양한 차세대 전지용 전해액 시스템 설계에도 적용할 수 있을 것”이라 말했다.

한편 연구 결과는 에너지 분야 저명 국제 학술지인 ‘Chemical Engineering Journal’에 8월 21일(토) 온라인 게재됐으며, 해당 저널의 내년 1월호에 게재 예정이다.