효율 2배 높아진 리튬금속-이온전지 개발 드론·자율주행차·무인잠수정 등 무인이동체 산업 응용 기대 리튬이온전지의 에너지저장 용량을 뛰어넘는 차세대전지(next generation of lithium-ion batteries) 관련 기술은 4차 산업혁명의 핵심 장치인 자율주행차, 드론, 무인 잠수정 등의 동력원으로 전 세계적으로 많은 관심을 받고 있다. 리튬금속-이온전지는 리튬이온전지의 흑연 음극을 리튬금속으로 대체한 전지로, 리튬이온전지보다 이론상 에너지용량이 10배 이상 커서 차세대 전지시스템으로 주목받고 있는 기술이다. 그러나, 차세대전지의 공통적인 음극물질인 리튬금속은 전해액과의 계면에 덴드라이트가 비정상적으로 생성돼 폭발을 유발하거나 수명을 단축시키는 문제가 있으나, 이를 억제해 차세대전지의 반복 사용회수를 크게 향상시키는 것이 가능하다. 이제는 리튬금속-이온전지를 장착한 드론의 경우 체공시간이 두배 더 늘어날 것으로 보인다.한국과학기술연구원(KIST) 에너지저장연구단 조원일 박사팀에서 현재 스마트폰이나 노트북에 쓰이는 리튬이온전지의 에너지밀도를 2배 이상 상회하고, 1천200회 이상 충‧방전해도 초기 대비 80% 이상의 성능이 유지되는 리튬금속-이온전지를 개발했다고 과학기술정보통신부(이하 ‘과기정통부’)는 밝혔다.덴드라이트가 비정상적으로 생성돼 폭발을 유발하거나 수명 단축을 억제하기 위해 연구팀은 그래핀계 나노소재를 리튬금속 표면에 고르게 전사함으로써 ‘랭뮤어-블라젯 인조 고체-전해질 계면상’이라 부르는 인조 보호막과, 양자역학 계산을 활용해 최적의 전해질 배합도 개발했다.인조 보호막과 전해질 배합을 통해 1천200회 이상 충‧방전을 하더라도 초기 성능 대비 80%를 유지하고, 상용화된 리튬이온전지 수준으로 리튬금속의 양을 줄여도 200회 이상 충‧방전이 가능하다는 것을 확인했다.이번 연구로 리튬이온전지가 지닌 에너지 저장능력의 한계를 넘어서는 고용량․장수명 전지의 제조가 가능해졌으며, 리튬금속-이온전지을 포함한 리튬-황전지, 리튬-공기전지 등 차세대 전지산업에 큰 기회를 가져올 것으로 기대된다.조원일 책임연구원은 “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 것”이라고 밝혔다.

효율 2배 높아진 리튬금속-이온전지 개발

드론·자율주행차·무인잠수정 등 무인이동체 산업 응용 기대

기사입력 2018-09-27 15:57:13

[산업일보]

리튬이온전지의 에너지저장 용량을 뛰어넘는 차세대전지(next generation of lithium-ion batteries) 관련 기술은 4차 산업혁명의 핵심 장치인 자율주행차, 드론, 무인 잠수정 등의 동력원으로 전 세계적으로 많은 관심을 받고 있다. 리튬금속-이온전지는 리튬이온전지의 흑연 음극을 리튬금속으로 대체한 전지로, 리튬이온전지보다 이론상 에너지용량이 10배 이상 커서 차세대 전지시스템으로 주목받고 있는 기술이다. 그러나, 차세대전지의 공통적인 음극물질인 리튬금속은 전해액과의 계면에 덴드라이트가 비정상적으로 생성돼 폭발을 유발하거나 수명을 단축시키는 문제가 있으나, 이를 억제해 차세대전지의 반복 사용회수를 크게 향상시키는 것이 가능하다.

LBS 코팅 기술을 이용한 Langmuir-Blodgett Artificial Solid-Electrolyte Interphase(LBASEI) 제조와 리튬이 LBASEI를 통해 안정하게 도금되는 개념도

이제는 리튬금속-이온전지를 장착한 드론의 경우 체공시간이 두배 더 늘어날 것으로 보인다.

한국과학기술연구원(KIST) 에너지저장연구단 조원일 박사팀에서 현재 스마트폰이나 노트북에 쓰이는 리튬이온전지의 에너지밀도를 2배 이상 상회하고, 1천200회 이상 충‧방전해도 초기 대비 80% 이상의 성능이 유지되는 리튬금속-이온전지를 개발했다고 과학기술정보통신부(이하 ‘과기정통부’)는 밝혔다.

덴드라이트가 비정상적으로 생성돼 폭발을 유발하거나 수명 단축을 억제하기 위해 연구팀은 그래핀계 나노소재를 리튬금속 표면에 고르게 전사함으로써 ‘랭뮤어-블라젯 인조 고체-전해질 계면상’이라 부르는 인조 보호막과, 양자역학 계산을 활용해 최적의 전해질 배합도 개발했다.

인조 보호막과 전해질 배합을 통해 1천200회 이상 충‧방전을 하더라도 초기 성능 대비 80%를 유지하고, 상용화된 리튬이온전지 수준으로 리튬금속의 양을 줄여도 200회 이상 충‧방전이 가능하다는 것을 확인했다.

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

조원일 책임연구원은 “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 것”이라고 밝혔다.

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김예리 기자 yrkim@kidd.co.kr

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