한국전기연구원이 부피가 커져 화재나 폭발 위험이 있는 배터리 안정성 문제를 크게 개선한 대용량 리튬금속전지를 개발하면서 상용화를 추진하고 있다.

한국전기연구원(KERI·연구원)은 차세대전지연구센터 김병곤 박사팀의 리튬금속전지 관련 연구결과가 높은 수준을 인정받아 국제 저명 학술지에 표지 논문으로 게재됐다고 29일 밝혔다.

연구원에 따르면 기존 리튬이온전지는 흑연 음극에 리튬 이온을 탈·삽입해 에너지를 내는 구조다.

그런데 리튬금속전지는 부피가 크고 무거운 흑연을 사용하지 않고, 리튬금속 자체를 음극으로 사용하는 전지다. 이론상으로는 배터리 저장용량이 기존 리륨이온전지보다 10배 이상 높다.

전기차나 에너지저장장치(ESS) 등 대용량 전지가 필요한 분야에서 큰 관심을 받는 이유다.

그러나 이런 장점에도 충·방전 시 리튬금속을 효과적으로 저장하지 못하면 점점 부피가 커지는 문제가 발생한다.

이는 전지의 수명 저하를 야기할 뿐만 아니라 화재나 폭발 사고로 이어질 수 있다.

연구원은 이 문제를 해결한 ‘중공 코어 다공성 쉘 구조 탄소 나노섬유’를 개발했다.

리튬 친화성 물질인 ‘금(gold)’ 나노 입자를 소량 첨가하고 리튬이온이 자유이동이 가능하도록 구멍(기공)을 만들면서 고속 충·방전에도 부피가 커지는 문제가 크게 개선된 것이다.

김병곤 박사팀은 중앙대 문장혁 교수와의 협업을 통해 기술 효과도 이론적으로 검증했다고 설명했다.

대량 생산에 유리한 합성법인 ‘전계방사법’을 활용해 실용성도 확보한 점이 이번 연구결과의 사장 큰 성과다.

이번 연구결과는 그 우수성을 인정받아 미국 화학회가 발생하는 재료과학 분야 최상위급 SCI학술지인 ‘ACS Nano’ 8월호에 표지논문으로 게재됐다.

이 논문은 해당 분야 상위 5.8%에 속하며 학계로부터 극찬을 받았다.

김병곤 박사는 “리튬금속전지는 고용량이라는 장점에도 안정성 문제로 상용화까지 넘어야 할 산이 많다”며 “이번 성과는 고속 충·방전 조건에서도 리튬 전·탈착 효율이 향상된 리튬 저장체를 대량으로 생산하는 기법을 개발했다는 측면에서도 가치가 매우 크다”고 말했다.

김 박사 연구팀은 리튬금속전지의 상용화를 위해 계속 연구할 예정이다.