한국과학기술원(KAIST)은 21일 신소재공학과 강지형·박찬범 교수, 송우진 충남대 교수 공동연구팀이 리튬 금속 배터리의 수명을 늘리는 새로운 액체 첨가제를 개발했다고 21일 밝혔다.

리튬 금속 배터리는 흑연 전극을 사용한 기존 배터리보다 높은 에너지 밀도를 가지지만, 배터리 내부에서 나뭇가지처럼 뾰족하게 자라나는 현상인 침상(dendrite) 때문에 배터리 수명과 안전성이 저해되는 문제점을 안고 있다.

이러한 현상을 억제할 수 있는 첨가제가 이온성 액체인데, 비대칭적인 분자 구조를 가져 높은 양친매성(극성인 물과 비극성인 기름 모두에 친화적인 성질)을 보이기 때문에 자가 응집 현상이 일어난다.

그 결과 상대적으로 이온성 액체가 부족한 부분이 발생해 불완전한 보호층이 생긴다.

연구팀은 분자 구조가 대칭성을 띠는 이온성 액체 첨가제를 새롭게 개발해 침상의 리튬 성장을 억제하고, 리튬 금속 배터리의 안정성을 개선했다.

개발한 첨가제를 리튬 금속 배터리에 넣어 일정 기간(600 사이클) 사용했을 때 쿨롱 효율은 99.8%, 용량 유지율은 80%를 기록했다.

강지형 교수는 "이번 연구는 장수명 리튬 금속 배터리 구현을 위한 전해질 설계 방향을 새롭게 제시했다는 점에 의미가 있다"며 "이번에 개발된 신개념 전해질은 급속도로 성장하는 배터리 소재 시장에서 게임체인저가 될 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 에너지 재료 분야 국제 학술지인 '어드밴스드 에너지 머티리얼즈'에 지난 10일 온라인 게재됐다.