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전기차 리튬금속전지 수명 늘린다…600회 충·방전에도 성능 80%

송고시간2021-11-16 13:00

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한국과학기술원(KAIST)은 전기차용 리튬금속전지 수명을 늘릴 전해액 첨가제 기술을 개발했다고 16일 밝혔다.

생명화학공학과 최남순 교수팀은 리튬금속 음극 표면에 이중층의 고체 전해질 계면막을 형성한 뒤 막마다 환원반응성과 흡착력이 다른 두 가지 이온성 첨가제를 적용해 전지 수명을 획기적으로 늘리는 데 성공했다.

리튬금속 음극과 니켈 리치 양극으로 구성된 전지를 600회 충·방전해도 초기 용량의 80.9%를 발현했고, 배터리 성능을 예측할 때 중요한 지표인 쿨롱 효율은 99.94%를 보였다.

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KAIST, 리튬금속 음극 보호용 전해액 첨가제 기술 개발

전해액 첨가제로 리튬금속전지 수명 높인다
전해액 첨가제로 리튬금속전지 수명 높인다

첨가제 도입에 따른 리튬금속 음극 이중층 계면막 형성과 니켈리치 양극 계면막 형성에 대한 모식도. [한국과학기술원 제공. 재판매 및 DB 금지]

(대전=연합뉴스) 김준호 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 전기차용 리튬금속전지 수명을 늘릴 전해액 첨가제 기술을 개발했다고 16일 밝혔다.

전기차를 오래 달리게 하려면 전지의 에너지 밀도를 높여야 하는데, 리튬금속전지 음극은 리튬이온전지의 흑연보다 용량이 10배 이상 커 에너지 밀도를 높일 수 있다.

생명화학공학과 최남순 교수팀은 리튬금속 음극 표면에 이중층의 고체 전해질 계면막을 형성한 뒤 막마다 환원반응성과 흡착력이 다른 두 가지 이온성 첨가제를 적용해 전지 수명을 획기적으로 늘리는 데 성공했다.

양극 소재로 쓰이는 니켈 리치의 표면에도 얇은 계면막을 형성해 구조적 안정성을 확보했다.

리튬금속 음극과 니켈 리치 양극으로 구성된 전지를 600회 충·방전해도 초기 용량의 80.9%를 발현했고, 배터리 성능을 예측할 때 중요한 지표인 쿨롱 효율은 99.94%를 보였다.

이 기술을 적용하면 전지 사용 때 내부 저항을 급격히 올려 화재 원인이 되는 리튬 덴드라이트 형성도 억제된다.

연구진은 리튬·합금 기반 음극재, 리튬저장 구조체, 무음극 기술 등과 접목할 수 있어 기업이 요구하는 수준의 리튬금속전지를 실현하는 전해액 핵심 소재 기술이 될 것으로 기대하고 있다.

최남순 교수는 "리튬금속 전지의 최대 과제인 리튬금속 음극과 전해액의 불안정한 계면을 제어하는 첨가제 개발 방향을 새롭게 제시했다"며 "이차전지 시장 판도를 바꿔 놓을 것으로 기대되는 무음극 이차전지 성능을 더욱 높이는 데 기여할 것"이라고 말했다.

이번 연구는 국제 학술지 '에너지 스토리지 머터리얼즈'(Energy Storage Materials)에 지난달 25일 온라인 공개됐다.

kjunho@yna.co.kr

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