고체 전해질을 사용한 새로운 리튬메탈배터리가 개발됐다. 배터리의 안정성 향상과 함께 크기도 줄어들어 다양한 분야에 활용될 수 있을 전망이다.
DGIST 에너지융합연구부 김재현 박사 연구팀과 경북대학교 전상은 교수 연구팀은 공동연구를 통해 고체가소제를 고체 고분자 전해질에 첨가해 기존 고체 고분자 전해질의 단점을 극복한 전고체 리튬메탈배터리를 제작했다고 22일 밝혔다.
통상적으로 사용되고 있는 기존의 액체 전해질은 외부 충격이나 변형으로 분리막이 손상되면 화재 및 폭발의 위험이 있다. 특히 충·방전을 지속하면서 리튬이 나뭇가지 모양으로 성장하는 ‘덴드라이트’ 현상이 폭발이나 화재를 불러일으킨다.
연구진은 이런 문제를 해결하기 위해 고체 전해질을 사용한 리튬메탈배터리 개발에 나섰다. 고체전해질을 사용하면 분리막이 필요 없어져 배터리의 크기가 줄어드는 장점도 있다.
연구팀은 고체가소제를 고체 고분자 전해질에 첨가해 새로운 복합 고체 전해질을 제작했다. 이 과정에서 고체 가소제로 BMI-Br(1-butyl-2,3-dimethylimidazolium bromide)를 사용해 기존 고체 고분자 전해질의 단점인 이온전도도를 향상시키고, 안전한 전고체 리튬메탈배터리 개발에 성공했다. 새로운 배터리는 저장용량은 기존 배터리와 동일하면서도 안정적인 작동을 보였다
김재현 박사는 “이번 연구에서 안정성을 높이고 용량 유지율을 향상시킨 고체 전해질을 개발함으로써 리튬메탈배터리의 성능을 크게 향상시켰다”며 “특히 이번에 개발된 고체 전해질은 구부러질 수 있기 때문에 향후 폭발이나 화재의 염려가 없는 웨어러블 디바이스 전원용 배터리 구현 등에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대한다”고 했다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘어드벤스트 에너지 머티리얼즈(Advanced energy materials)’의 표지논문으로 게재됐다.