KIST(원장 이병권)는 조원일 에너지저장연구단 박사팀이 현재 스마트폰이나 노트북에 사용되는 리튬이온전지의 에너지밀도 2배이상 , 1200회 충방전에도 80%이상 성능이 유지되는 리튬금속-이온전지를 개발했다고 26일 밝혔다.

리튬금속-이온전지는 리튬이온전지의 흑연 음극을 리튬금속으로 대체한 전지. 리튬이온전지보다 이론상 에너지용량이 10배 이상 커서 차세대 전지시스템으로 주목받는다.

하지만 리튬금속의 높은 반응성 때문에 금속표면에서 덴드라이트(dendrite)가 생성되면서 전지의 폭발을 유발하거나 수명을 단축시키는 문제가 있었다.

연구팀은 덴드라이트 현상을 억제하기 위해 그래핀계 나노소재를 리튬금속 표면에 고르게 전사했다. 이를 통해 '랭뮤어-블라젯 인조 고체-전해질 계면상'이라 부르는 인조 보호막과, 양자역학 계산을 활용해 최적의 전해질 배합도를 개발했다.

인조보호막과 전해질 배합으로  1200회 이상 충‧방전에도 초기 성능 대비 80%를 유지하고, 상용화된 리튬이온전지 수준으로 리튬금속의 양을 줄여도 200회 이상 충‧방전이 가능하다는 것을 확인했다.

조원일 책임연구원은 "차세대 전지의 성능과 안정성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 원천기술을 개발한 성과"라면서 "이번 성과로 고용량․장수명 전지의 제조가 가능해졌으며, 리튬금속-이온전지을 포함한 리튬-황전지, 리튬-공기전지 등 차세대 전지산업에 큰 기회를 가져올 것으로 기대된다"고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부의 '무인이동체 미래선도 핵심기술개발사업'과 KIST의 '미래원천기술연구' 지원을 받았다. 연구결과는 국제학술지 '네이처 에너지(IF 46.859)'에 25일 온라인 게재됐다.