12분 충전·용량 2배…GIST '차세대 리튬금속전지' 개발

에너지 밀도 2배…전기차·ESS 상용화 가능성

구조체 표면에 리튬 친화적인 폴리피롤(PPy)을 코팅하고, 내부는 전기가 통하고 외부는 절연되도록 설계한 ‘전도성 구배’ 구조를 적용한다. 덕분에 리튬이 골고루 성장하여 뾰족하게 쌓이는 문제가 줄어든다. (이미지=GIST 제공) [email protected] *재판매 및 DB 금지

[광주=뉴시스]이창우 기자 = 광주과학기술원(GIST)은 엄광섭 차세대에너지연구소장 연구팀이 초고속 충전과 높은 안전성을 동시에 구현한 차세대 리튬금속전지 기술을 개발했다고 1일 밝혔다.

연구팀은 리튬이 음극 내부에서부터 균일하게 쌓이도록 유도하는 3차원 구조체를 설계해 배터리 성능을 개선했다.

이 구조는 전류 흐름을 조절해 리튬이 아래쪽부터 차곡차곡 쌓이는 '바텀업' 방식으로 작동하며 배터리 안전성을 저해 하는 리튬 수지상 결정(덴드라이트) 형성과 부피 팽창을 동시에 억제한다.

이를 통해 기존 리튬이온전지보다 에너지 저장 밀도를 2배 이상 높이고 약 12분 만에 완전 충전이 가능한 초고속 충전 성능을 구현했다.

또 고속 충전 조건(5C)에서도 200회 이상 충·방전 후 초기 용량의 94.7%를 유지해 안정성을 입증했다.

연구팀은 가볍고 내구성이 높은 고분자 소재에 전도성 고분자를 코팅한 다공성 구조를 활용해 리튬이 표면이 아닌 내부에서부터 균일하게 축적되도록 설계했다.

해당 공정은 용액 기반 방식으로 대면적 생산에도 유리해 산업 적용 가능성이 높다는 평가다.

(왼쪽부터) GIST 엄광섭 차세대에너지연구소장(신소재공학과 교수), 조진현 박사. (사진=GIST 제공) [email protected] *재판매 및 DB 금지

엄광섭 교수는 "이번 연구는 리튬금속전지의 고질적인 문제였던 덴드라이트 형성과 부피 팽창을 동시에 해결할 수 있는 구조적 해법을 제시했다"며 "상용화될 경우 전기차와 항공 모빌리티의 주행거리를 크게 늘리고 초고속 충전이 가능한 배터리 기술로 발전할 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행했디.

연구 결과는 재료·에너지 분야 국제학술지(Energy & Environmental Materials) 온라인에 지난달 29일 게재됐다.

기술이전 관련 협의는 GIST 기술사업화실로 문의하면 된다.


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