[인더스트리뉴스 홍윤기 기자] 고려대학교는 전기차 배터리의 에너지 밀도를 높일 수 있는 차세대 리튬금속 음극 전지의 작동 메커니즘을 규명했다고 27일 밝혔다.
본 연구결과는 국제적으로 저명한 저널 ‘Angewandte Chemie International Edition’ 에 지난달 25일 게재됐다.
해당 연구의 핵심은 기존의 삽입 기반 활성 전극 재료의 한계를 뛰어넘는 새로운 활물질을 개발하는 것이다.
연구진은 호스트 없는 리튬금속 음극에 주목했다. 리튬금속 음극은 낮은 산화, 환원 전위와 함께 높은 용량을 갖고 있어, 차세대 음극 활물질로 평가 받고 있다.
해당 물질은 불균일한 리튬 증착 및 수지상 금속 성장에 의해 지속적인 전해질의 고갈, 고열에서의 부피 팽창, 표면 열화와 같은 안전성의 문제를 일으켜 실제 사용에 한계가 있다.
연구진은 리튬 친화성 전극으로 알려진 결함이 있는 탄소 전극에서의 리튬 증착 메커니즘을 규명하고자 했다. 이를 위해 형태는 유사하지만 결함의 유무에 차이가 있는 전극을 비교해 연구를 진행했다.
고려대학교는 연구진이 심층적인 전기화학적 연구를 통해 결함이 있는 탄소 전극 표면에서 높은 활성 리튬 흡착 및 빠른 표면 확산이 균일한 리튬 증착에 큰 영향을 미칠 수 있음을 확인했다고 설명했다.
연구진은 해당 연구 결과를 통해 활성 리튬 농도가 높은 전극을 리튬금속 음극용 ‘과포화 전극’으로 새롭게 정의했으며, 과포화 전극을 이용해 고성능 리튬금속 음극을 설계하는데 성공했다.
이번 연구는 한국연구재단 미래유망융합기술파이오니어사업 및 한국과학기술연구원 KU-KIST School 운영 사업의 지원을 받아 진행했다고 학교측은 밝혔다.
