(포항=연합뉴스) 손대성 기자 = 소량의 소금이 음식 맛을 완전히 바꾸듯 아주 적은 양의 알루미늄염이 이차전지 안정성과 성능을 크게 높인다는 연구 결과가 나왔다.
포항공대(POSTECH)는 화학공학과·배터리공학과 김원배 교수 연구팀이 차세대 배터리로 주목받는 리튬금속전지 내부에 미량의 알루미늄염을 사용해 최대 약점인 폭발 위험과 짧은 수명을 동시에 해결했다고 6일 밝혔다.
리튬금속전지는 현재 많이 쓰이는 리튬이온전지보다 에너지를 훨씬 많이 저장할 수 있다.
이 전지를 사용한 전기차는 한 번 충전으로 서울∼부산을 왕복할 수 있다.
그러나 리튬금속전지는 충전 과정에서 금속 리튬이 쌓여 작은 불균형만 생겨도 뾰족한 형태의 결정인 덴드라이트가 자라고 이 덴드라이트가 전지 내부를 찌르면 폭발 위험은 커지는 것이 단점으로 지적된다.
동시에 액체 전해질이 분해되면서 전지 수명도 급격히 줄어든다.
이에 연구팀은 전지 내부 액체 전해질을 스스로 굳는 젤 형태로 바꾸는 데 집중했다.
전해질을 구성하는 용매 '1, 3-다이옥솔레인'에 알루미늄염을 소량 첨가하면 내부에서 고분자 반응이 일어나 젤 형태 전해질로 변한다는 사실을 발견했다.
이렇게 형성된 젤 전해질은 안정적이면서도 전지 작동에 필요한 리튬 이온 이동을 원활하게 유지하는 것으로 확인했다.
알루미늄염은 리튬 표면에는 '고체 전해질 경계면'이란 보호막을 만들어 덴드라이트가 자라는 것을 막았다.
실험 결과 젤 전해질을 적용한 리튬금속전지는 표준 충전 속도 조건에서 280사이클 충·방전 후에도 약 93%의 높은 용량 유지율을 보였다.
통상 리튬이온전지는 200사이클 충·방전 후에는 80%의 용량 유지율을 보이는 것으로 알려졌다.
이 같은 연구 결과는 에너지·재료화학 분야 SCI(과학기술논문인용색인)급 국제학술지 '어드밴스트 사이언스'에 실렸다.
김 교수는 "미량의 알루미늄염 첨가로도 고분자 젤 전해질 형성과 계면 안정성을 동시에 개선한 것이 핵심 성과"라며 "고에너지 리튬금속전지의 실용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.
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