고려대, 머리카락보다 얇은 1µm(마이크로미터)
차세대 리튬금속전지용 다기능성 초박막 탄소층 개발

▲  ((왼쪽부터) 윤영수 교수, 하손 석박사통합대학원생

고려대학교(총장 김동원)가 차세대 배터리 리튬금속전지의 핵심 소재 리튬금속음극의 안정성을 크게 향상 시킬 수 있는 머리카락 1/30 수준(1 µm=0.0001mm) 의 매우 얇은 다기능성 초박막 탄소층을 개발했다.

본 연구는 고려대 윤영수 교수(KU-KIST 융합대학원) 연구팀이 진행했으며, 지난 5월 28일(화) 국제적으로 저명한 학술지 ‘Small’(IF:13.3)에 게재됐다.

* 논문명: High-Power, High-Safety, and Large-Area Lithium Metal Anode

리튬금속전지는 음극소재로서 리튬금속을 사용하는 시스템으로, 기존 리튬이온전지보다 더 높은 에너지밀도를 갖고 있어 유망한 차세대 리튬이온전지로 꼽힌다. 다만, 리튬이 나뭇가지 모양으로 성장하는 덴드라이트(dendrite·수상돌기) 현상이 리튬금속전지의 상업화를 제한하는 문제점을 안고 있다. 덴드라이트 현상은 전지의 성능을 떨어뜨리며 심각할 경우 폭발의 위험성을 내포한다.

*에너지밀도 : 1회 충전을 통해 이동할 수 있는 주행거리/ 사용 시간

기존 리튬금속음극에서는 위와 같은 덴드라이트 현상을 막고자 두껍고 무거운 보호막을 사용하면서, 에너지밀도가 감소 되는 문제점이 있다. 연구팀은 머리카락 두께 1/30 수준의 매우 얇은 다기능성 초박막형 탄소층을 개발하여 덴드라이트 현상이 기존보다 효율적으로 억제되는 것을 규명했다.

리튬금속을 음극재로 사용하는 이차전지 개발을 위해서는 리튬 덴드라이트 성장을 억제하는 기술이 필수적이기에 해당 연구는 안전한 고성능 차세대 이차전지 개발을 가속화 할 수 있는 연구 결과로, 학계를 비롯하여 산업계에도 영향력을 끼칠 것으로 예상된다.

본 연구는 KU-KIST 융합대학원 윤영수 교수와 하손 석박사 통합 과정 학생이 진행했으며 인하대학교 양승재 교수, 진형준 교수 및 한국과학기술연구원의 박정진 박사 연구팀의 도움을 받아 진행됐다.

<그림 1> 

[그림 1 설명] DWNT 막의 표면 에너지 제어를 통해 리튬 증착 반응을 선택적으로 제어한 이미지

커뮤니케이션팀 유정아 (aajyoo@korea.ac.kr)