“단 2분만에” 덴트라이트 형성 억제…‘리튬금속전지’ 상용화 난제 해결 작성일 02-09 48 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">- GIST 엄광섭 교수팀, 고속 충전 안정성과 긴 수명 동시 확보</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="pFKdhbRf1i"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="3b9a77b1af23078a250dd49d9734f2426a8c04046bb1ac95cfeb8f7439bd3ca8" dmcf-pid="U39JlKe41J" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="엄광섭(왼쪽) 교수와 이창현 박사과정생이 실험을 진행하고 있다.[GIST 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202602/09/ned/20260209130440824rhso.jpg" data-org-width="1200" dmcf-mid="3hqMOzQ9YL" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202602/09/ned/20260209130440824rhso.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 엄광섭(왼쪽) 교수와 이창현 박사과정생이 실험을 진행하고 있다.[GIST 제공] </figcaption> </figure> <p contents-hash="a155e865f10cffa7c530aff39c76b20c92e8935ce6b3be81669126443f7c8f59" dmcf-pid="u02iS9d8Hd" dmcf-ptype="general">[헤럴드경제=구본혁 기자] 광주과학기술원(GIST)은 차세대에너지연구소 엄광섭 소장(신소재공학과 교수) 연구팀이 짧은 전기 신호를 반복적으로 가해 전극 표면을 정밀하게 다듬는 방식(전기화학적 펄스 증착 공정)으로, 리튬금속전지 음극에서 리튬 이동과 안정성을 결정하는 표면(계면)을 단 2분 만에 형성하는 기술을 개발했다고 밝혔다.</p> <p contents-hash="5671d48eb6b9dce9970d78f441c90dbb2f418cde264c8cf708fdce1e0598b651" dmcf-pid="7pVnv2J61e" dmcf-ptype="general">이번 연구의 핵심은 배터리 음극에서 전류를 전달하는 구리 표면에 주석(Sn)을 극소량만 도입, 머리카락보다 훨씬 가는 나노와이어 전구체(SCN) 구조를 형성한 것이다. 이를 통해 리튬 금속이 한쪽으로 뭉치지 않고 고르게 쌓일 수 있는 안정적인 계면을 빠르고 간단한 공정으로 구현할 수 있음을 입증했다.</p> <p contents-hash="6d72a18e4fafbd50419caa4b9cb5d06cb82bc5d0f38d3b21b0384be5120e0093" dmcf-pid="zu4oyfnQYR" dmcf-ptype="general">전기차(EV)와 에너지저장장치(ESS)는 전기를 저장했다가 필요할 때 안전하고 안정적으로 사용하는 것이 중요하다. 현재 이러한 시스템에는 상용 리튬이온전지가 주로 사용되고 있다.</p> <p contents-hash="e4436dc047914c18943167e173fe3658472121a1184514a0df1555516f113c3e" dmcf-pid="q78gW4LxYM" dmcf-ptype="general">리튬이온전지는 크기와 무게에 비해 많은 에너지를 저장할 수 있다는 장점이 있지만, 흑연으로 만든 음극*의 구조적 한계로 인해 저장할 수 있는 에너지의 양에는 한계가 있다. 이 때문에 기존 리튬이온전지를 넘어서는 차세대 고에너지 배터리 기술에 대한 관심이 커지고 있다.</p> <p contents-hash="fc9ef35c1b736e60d170a71270147db2e1713f976a8923faed746b527b17fab7" dmcf-pid="Bz6aY8oMHx" dmcf-ptype="general">연구팀은 흑연 대신 리튬 금속을 음극으로 사용하는 ‘리튬금속전지’ 주목했다. 리튬금속전지는 이론적으로 매우 많은 에너지를 저장할 수 있어, 차세대 고에너지 배터리로 큰 잠재력을 지닌 기술이다.</p> <p contents-hash="221d70805c3f7ed61b9e670736e8a7ba474d66d6cb798242a0df7ad141c9192f" dmcf-pid="bqPNG6gRHQ" dmcf-ptype="general">그러나 충·방전 과정에서 리튬 이온이 계면을 따라 고르게 이동하지 않으면, 음극 표면에 리튬이 한쪽으로 쌓이면서 뾰족한 결정 구조인 ‘덴드라이트’가 자라날 수 있다.</p> <p contents-hash="7823afbfeb4b31a386cd3336a9204e1fdb40baa20375af37ea23b63d482a9dbb" dmcf-pid="KBQjHPae5P" dmcf-ptype="general">덴드라이트가 성장하면 전극 계면이 불안정해지고, 배터리 성능과 수명이 빠르게 떨어진다. 이 때문에 리튬금속전지를 실제로 사용하기 위해서는 리튬 이온이 빠르고 균일하게 이동하도록 제어할 수 있는 새로운 전극·계면 설계 기술이 필요하다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="401eb3feef4a373fd1124bb7e61b8b494c0fe92073470675a3ec2a2ab7d40bd8" dmcf-pid="9bxAXQNdZ6" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="결정립계 밀도가 낮은 무처리 구리(Cu) 표면에서 형성된 고유 고체전해질계면(SEI)과 다중 결정립계를 갖는 SCN 유래 고체전해질계면(SEI)을 비교한 모식도.[GIST 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202602/09/ned/20260209130441061tfas.png" data-org-width="1280" dmcf-mid="0uuPrU8BZn" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202602/09/ned/20260209130441061tfas.png" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 결정립계 밀도가 낮은 무처리 구리(Cu) 표면에서 형성된 고유 고체전해질계면(SEI)과 다중 결정립계를 갖는 SCN 유래 고체전해질계면(SEI)을 비교한 모식도.[GIST 제공] </figcaption> </figure> <p contents-hash="568721226849eab4705d04bb24633590f9012815dabbf29eb8d4228c1af9244b" dmcf-pid="2KMcZxjJ58" dmcf-ptype="general">연구팀은 필요한 기능만 살리고 부작용은 줄이는 정밀한 설계 전략을 적용했다. 이를 통해 주석(Sn)을 원자 수준으로 극소량만 도입해, 재료가 과도하게 섞이거나 변형되는 문제 없이도 리튬이 잘 달라붙는 음극 계면을 만드는 데 성공했다.</p> <p contents-hash="73992a839ffebd6c6b610f772be6627a044d0173522384db144339835f6b7f54" dmcf-pid="V9Rk5MAi54" dmcf-ptype="general">그 결과 리튬 금속이 한쪽으로 뭉치지 않고 고르게 쌓이도록 유도할 수 있었으며, 전극 구조의 변형과 성능 저하도 효과적으로 억제할 수 있음을 확인했다.</p> <p contents-hash="f64cd351348e549eab63c5da5221a163ef73d05c90d557022392f5164efcaa3c" dmcf-pid="f4ir3JDgZf" dmcf-ptype="general">특히 머리카락보다 훨씬 가는 나노 구조의 계면은 충전 초기에 자연스럽게 보호막 역할을 하는 고체전해질계면(SEI)으로 바뀌면서, 리튬 이온이 빠르고 안정적으로 이동할 수 있는 통로를 형성한다.</p> <p contents-hash="db49e2c86bd8f4f04294ff8e93f49efea543d9efccbf2d948901140717e92a34" dmcf-pid="48nm0iwa1V" dmcf-ptype="general">연구팀은 정밀하게 설계한 음극 계면 구조를 통해 리튬 이온이 이동하는 속도를 기존 구리 계면보다 약 24배 빠르게 만들었다. 그 결과 리튬금속전지에서 오래된 문제로 꼽혀 온 리튬이 고르게 쌓이지 않는 현상과 덴드라이트 성장을 효과적으로 억제할 수 있었다.</p> <p contents-hash="50f5220c6ee2c939e6bfb6f3875b3e3f1e8c86acb9bfcb12d23e01ba2681b2ee" dmcf-pid="86LspnrNG2" dmcf-ptype="general">이 구조(나노와이어 계면 구조)를 적용한 배터리는 900시간 이상 안정적으로 작동했으며, 리튬인산철(LFP) 양극을 적용한 실제 배터리 시험에서도 약 1시간 이내에 충·방전이 이뤄지는 고속 조건(1.0C)에서 480회 사용 후에도 초기 용량의 98.2%를 유지하는 결과를 보였다.</p> <p contents-hash="5c31aa67097273e9dad1cfe2842a946c8ca4dc561c1fc247d6afbd93a784f3de" dmcf-pid="6PoOULmjY9" dmcf-ptype="general">엄광섭 교수는 “이번 연구는 리튬금속전지 상용화의 가장 큰 난제로 꼽혀 온 덴드라이트 형성 문제를 리튬 음극의 전기화학적 계면 설계만으로 효과적으로 해결할 수 있음을 입증했다는 점에서 의미가 크다”며 “2분 이내에 구현 가능한 간단한 공정으로도 고속 충전과 긴 수명 을 동시에 확보할 수 있어, 기존 배터리 제조 공정에 바로 적용할 수 있는 실용적 기술”이라고 말했다.</p> <p contents-hash="d43bbc21ccba122dd4c1506aa620f3c6f1ebce981f12160fb60515e17c62323f" dmcf-pid="PQgIuosAZK" dmcf-ptype="general">이번 연구 결과는 국제학술지 ‘에너지 스토리지 머티리얼즈(Energy Storage Materials)’에 1월 29일 게재됐다.</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 헤럴드경제. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 HCT “원전 기자재 성능 검증 등 고부가 산업으로 'HCT 2.0' 도약” 02-09 다음 차가운 젤·화학 접착제 없는 고성능 심전도 패치 개발 02-09 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
