KAIST, 고에너지 리튬 배터리 위한 ‘음극 집전체’ 개발

[이뉴스투데이 전한울 기자] KAIST는 김희탁 생명화학공학과 교수 연구팀이 음극재가 없는 고에너지밀도 리튬 배터리 구동을 위한 음극 집전체 구조와 작동원리를 규명했다고 7일 밝혔다.

음극재가 없는 리튬 전지는 휴대용 전자기기와 전기자동차에 사용되는 리튬이온전지의 많은 부피와 무게를 차지하는 흑연 음극재를 없앤 차세대 구조 전지다. 음극 활물질을 저장하는 ‘구리 집전체’만이 음극 부품으로 들어간다. 

음극재가 없는 리튬 전지는 기존 리튬이온전지와 비교해 60% 더 높은 에너지밀도를 구현할 수 있다.

하지만 리튬 이온이 흑연에 저장되지 않고 리튬 금속 형태로 음극에 저장될 경우 리튬 금속의 수지상 성장으로 인해 지속적으로 비가역적인 리튬의 손실이 발생해 충·방전 효율을 떨어뜨리게 된다. 

김희탁 교수는 3차원 음극 집전체 표면의 일함수(고체의 표면에서 전자를 빼내는 데 필요한 에너지)를 높여 리튬의 수지상 성장을 억제하고 집전체 표면에서 리튬과 전해액의 부식을 억제할 수 있음을 규명했다.

연구팀은 개발된 집전체가 기존 구리 집전체에 비해 성능이 크게 높아졌음을 입증했다. 

한편 권혁진 KAIST 생명화학공학과 박사과정과 이주혁 박사가 공동 제1저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 지난 9월 20일자 온라인판에 게재됐다. 

이번 연구는 LG에너지솔루션, KAIST 나노융합연구소, 과학기술정보통신부 기후변화대응과제의 지원을 받아 수행됐다.