리튬금속배터리는 흑연 양극을 순수 리튬금속 양극으로 대체해 높은 에너지 밀도를 생성한다. 다만 수상돌기가 만들어지며 배터리 수명이 짧아지고 굉장히 위험해지는 단점이 있다.
보편적으로 리튬이온배터리에 사용되는 흑연 양극에 비해 리튬금속 양극은 이론상으로 10배 높은 에너지 수용량을 지녔다.
유일한 단점은 배터리 충전 시 리튬금속 양극 표면에 나무 형태의 구조가 형성된다는 점이다. 이렇게 형성된 돌기는 절연층을 뚫어 단락 및 합선을 발생시켜 화재 위험이 있다. 현재 세계의 과학자들은 이 문제를 해결해 리튬금속 배터리를 상용화하기 위해 심혈을 기울이고 있다.
하버드의 한 연구팀은 문제의 돌기를 샌드위치 구조로 가두는 방식으로 해결을 시도한 적이 있다.
최근에는 국내 과학자들이 새로운 접근 방법으로 해결책을 찾아냈다는 소식이다. 한국은 전 세계 자동차 제조사에 리튬이온배터리를 공급하는 배터리 강국이다.
미국화학회(ACS)에 따르면 최근 한국전기연구원(KERI)가 높은 에너지 밀도와 향상된 내구성을 보이는 새로운 배터리 디자인을 개발한 것으로 발표됐다.
코어가 비어 있는 특징을 지닌 리튬 구속 다공성 탄소 구조로 코어 내부의 리튬 증착을 제어하는 리튬 친화도를 갖는 금 나노 입자로 덮여 있다. 기본적으로 양극은 수상돌기의 성장 방향을 제어하도록 설계돼 절연층을 뚫지 않도록 하는 것이다.
연구에 사용된 실험 셀은 고전류 밀도에서 500회 이상의 사이클 후에도 용량의 82.5%를 유지했다. 현재의 리튬금속 배터리는 50 사이클도 겨우 버티는 수준인 것을 감안할 때 엄청난 내구성임을 알 수 있다. 고용량에 긴 수명을 지니고 초고속 충전까지 가능한 배터리가 탄생한 것이다.
하지만 이 엄청난 배터리가 시장에 실제로 적용되기까지는 호환 가능한 전해질 개발 등 아직 풀어야 할 숙제가 많이 남았다.
더드라이브 / 박도훈 기자 [email protected]
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