리튬금속-이온전지 장착 드론, 2배 이상 비행한다

- KIST 조원일 박사팀, 리튬이온전지의 2배 이상 효율 갖는 리튬금속-이온전지 개발
- 드론ㆍ자율주행차ㆍ무인잠수정 등 무인이동체 산업에 응용 기대 

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 기존 리튬이온전지보다 높은 에너지밀도와 충방전 효율을 갖춘 차세대전지를 개발했다.

과학기술정보통신부는 한국과학기술연구원(KIST) 에너지저장연구단 조원일<사진> 박사팀이 현재 스마트폰이나 노트북에 사용되는 리튬이온전지의 에너지밀도를 2배 이상 상회하고, 1200회 이상 충ㆍ방전해도 초기 대비 80% 이상의 성능이 유지되는 리튬금속-이온전지를 개발했다고 밝혔다.

리튬금속-이온전지는 리튬이온전지의 흑연 음극을 리튬금속으로 대체한 전지로, 리튬이온전지보다 이론상 에너지용량이 10배 이상 커 차세대 전지시스템으로 주목받고 있는 기술이다. 하지만 리튬금속의 높은 반응성 때문에 금속표면에서 덴드라이트가 생성되면서 전지의 폭발을 유발하거나 수명을 단축시키는 문제가 있었다.

연구팀은 이러한 덴드라이트 현상을 억제하기 위해 그래핀계 나노소재를 리튬금속 표면에 고르게 전사함으로써 ‘랭뮤어-블라젯 인조 고체-전해질 계면상’이라 부르는 인조 보호막과, 양자역학 계산을 활용해 최적의 전해질 배합도 개발했다.

리튬이온전지보다 2배 이상 효율을 갖는 리튬금속-이온전지 모식도.[제공=과기정통부]

이러한 인조 보호막과 전해질 배합을 통해 1200회 이상 충ㆍ방전을 하더라도 초기 성능 대비 80%를 유지하고, 상용화된 리튬이온전지 수준으로 리튬금속의 양을 줄여도 200회 이상 충ㆍ방전이 가능하다는 것을 확인했다.

이번 연구로 리튬이온전지가 지닌 에너지 저장능력의 한계를 넘어서는 고용량ㆍ장수명 전지의 제조가 가능해졌으며, 리튬금속-이온전지를 포함한 리튬-황전지, 리튬-공기전지 등 차세대 전지산업에 큰 기회를 가져올 것으로 기대된다.

조원일 박사는 “이번 연구결과는 차세대 전지의 성능과 안정성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 원천기술을 개발한 것”이라며 “드론, 자율주행차, 무인잠수정 등 무인이동체 산업을 비롯해 다양한 산업으로 파급될 수 있을 것으로 전망한다”고 밝혔다.

이번 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 에너지’ 9월 25일자 온라인판에 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com

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