GIST, 차세대 배터리 기술 개발…전기차 주행거리 두 배로 늘려

전기차에 주로 쓰이는 리튬이온전지보다 에너지 저장량이 두 배 많고 충전 속도가 빠른 리튬금속전지 상용화 기술이 개발됐다.

광주과학기술원(GIST)은 전기가 통하는 고분자를 표면에 입힌 3차원 구조체를 활용해 차세대 배터리로 주목받는 리튬금속전지의 리튬 수지상 결정(덴드라이트) 형성을 억제하는 데 성공했다고 1일 밝혔다.

리튬금속전지는 리튬이온전지보다 이론적으로 두 배 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있지만, 충·방전 과정에서 리튬이 음극 표면에 고르게 쌓이지 않고 나뭇가지처럼 뾰족하게 자라는 수지상 결정이 발생할 수 있다. 수지상 결정은 배터리 내부의 분리막을 뚫고 양극과 음극이 직접 닿게 해 전기가 한꺼번에 흐르는 단락 현상을 유발한다. 또 부피 팽창을 일으켜 배터리 수명과 안전성을 크게 떨어뜨린다.

엄광섭 GIST 차세대에너지연구소 소장 연구팀은 리튬이 쌓이는 위치와 방식이 배터리 성능을 좌우한다는 점에 주목해 리튬이 구조체 내부에서부터 균일하게 쌓이도록 유도하는 3차원 구조체를 설계했다.

이 같은 구조는 전류 흐름을 조절해 리튬이 아래쪽부터 차곡차곡 쌓이도록 유도할 수 있고 덴드라이트 형성과 부피 팽창을 동시에 억제한다. 그 결과 리튬이온전지보다 에너지 저장 밀도를 두 배 이상 높이고, 부피 팽창 문제도 해결했다. 충전 속도도 단축해 12분 만에 완전히 충전할 수 있는 초고속 충전 성능을 구현했다. GIST는 기술사업화실을 통해 기술 이전 관련 협의를 진행한다.

광주=임동률 기자 exian@hankyung.com