[지디넷코리아]리튬금속 배터리를 급속 충전할 때 발생하는 덴드라이트를 효과적으로 억제할 수 있는 분리막 기술이 개발됐다. 급속 충전 성능도 대폭 개선됐다.KAIST는 화학과 윤동기 교수와 변혜령 교수 연구팀이 액정 고분자의 분자 배열을 제어하는 방법으로 리튬이온 이동 경로를 정밀하게 조절하는 차세대 배터리 분리막 기술을 개발했다고 9일 밝혔다.리튬 금속 배터리는 리튬 금속을 음극으로 사용해 기존 리튬이온 배터리보다 더 많은 에너지를 담을 수 있는 차세대 배터리다. 그러나 충전 과정에서 리튬이 한곳에 몰려 뾰족한 나뭇가지 모양으로 쌓이는 ‘덴드라이트’가 발생하기 쉽다. 덴드라이트는 배터리 수명을 줄이고, 양극과 음극의 직접 접촉을 막는 분리막을 손상시켜 내부 합선과 화재를 일으킬 수 있다.연구팀은 19nm 크기의 미세한 구멍이 있는 다공성 액정 고분자 분리막을 만들고, 리튬이온 이동을 돕는 폴리에틸렌글리콜(PEG) 사슬을 도입했다. 이어 분자 배열 방향을 수직 또는 수평으로 조절해 리튬이온이 어떻게 이동하는지 비교했다.그 결과, 분자를 수직으로 가지런히 배열한 분리막에서는 리튬이온이 전극 방향으로 곧게 이동하는 통로가 형성됐다.이근중 화학과 박사과정 연구생은 "수평으로 배열한 비교용 분리막보다 이온 이동 경로 굴곡도가 약 2.5배 낮아졌다"며 "리튬이온이 더 빠르고 균일하게 이동하면서 ‘덴드라이트’ 형성도 효과적으로 억제하는 것을 확인했다"고 말했다.연구팀은 개발한 분리막을 리튬 금속 배터리에 적용해 급속 충전 성능도 확인했다. 이론상 약 15분 만에 충전할 수 있는 빠른 충전 조건(4C)에서 충전과 방전을 100회 반복한 뒤에도 초기 용량의 94%를 유지했다.윤동기 교수는 “향후 긴 주행거리와 빠른 급속 충전이 필수적인 고에너지 밀도 차세대 배터리 기술 개발에 기여할 것으로 기대한다”라고 말했다.연구는 KAIST 화학과 이근중 박사과정 연구생과 최락현 박사가 공동 제1저자로 수행했다.연구결과는 국제 학술지 ‘에이씨에스 나노(ACS Nano)’에 게재됐다.
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