고려대는 화공생명공학과 조진한 교수 연구팀이 리튬 금속 배터리의 수명 안정성과 고에너지 밀도 구축을 동시에 달성했다는 내용의 연구 성과를 세계적 학술지 '어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)'에 게재했다고 오늘 21일(월) 밝혔다.

연구팀의 논문은 이 학술지 온라인판에 올랐으며 표지 논문으로 선정됐다. 이번 연구는 한국연구재단의 중견 도약 과제 지원을 받아 수행됐다.

리튬 금속은 이론적으로 용량이 매우 크고 전기 화학적 특성이 뛰어나 차세대 배터리 음극재로 주목받고 있다. 하지만 충전과 방전 과정에서 전극 표면에 리튬 결정이 쌓이며 내부 단락(short circuit)과 수명 저하 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위해선 전극과 분리막 사이의 계면 구조를 제어하는 초박막 인터레이어 기술이 요구된다.

조진한 교수 연구팀은 리튬 친화성 기능기를 지닌 다중벽 탄소나노튜브(Multiwalled Carbon Nanotube·MWCNT)를 에탄올 용액에 분산시킨 후 저분자 아민계 유기물인 TAA와 층층이 결합시켰다.

이를 통해 접착체 역할의 고분자 바인더 없이 약 60나노미터(nm) 두께의 초박막 인터레이어 구현에 성공했다.

연구팀이 개발한 인터레이어는 물질을 액체 상태로 만들어 코팅하는 기존의 슬러리 기반 방식과 달리, 표면 사이에 빈틈 없이 밀착되는 무간극(gapless) 접착 구조를 형성한다. 이를 통해 이 인터레이어는 리튬 이온의 흐름을 균일하게 유도하고 덴드라이트 성장(전극 표면에 리튬 결정이 쌓이는 현상)을 효과적으로 억제한다.

조진한 교수는 "향후 다양한 금속 음극 기반 차세대 전지에 적용 가능한 범용 기술 플랫폼으로 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.