DGIST 에너지환경연구부 김재현 책임연구원(뒷줄 오른쪽 끝)과 연구팀. DGIST 제공

대구경북과학기술원(DGIST)은 저온에서도 안정적으로 작동하면서 화재 위험을 낮춘 리튬 금속 전지용 고체 전해질 기술을 개발했다고 7일 밝혔다.

DGIST에 따르면 리튬 금속 전지는 높은 에너지 밀도로 차세대 배터리로 주목받고 있지만 기존 액체 전해질을 사용할 경우, 계면이 불안정해지고 리튬 수지상(dendrite)이 형성되면서 화재 위험과 수명 저하 문제가 발생한다.

대안으로 제시되던 고분자 기반의 고체 전해질은 저온에서 성능이 급격히 떨어지고 고전압 환경에서 안정성이 낮은 한계가 있었다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 고분자 네트워크에 불소계 에터(FE)를 결합한 새로운 고체 전해질을 개발했다. 이 과정에서 고분자와 첨가제 간의 분자 상호작용을 통해 구조를 안정화하고 성능을 크게 개선했다.

개발된 전해질은 영하 20도 이하에서도 동결 없이 높은 이온 전도도를 유지했으며, 리튬 이온 이동성을 향상시켜 배터리 성능이 개선됐다고 연구팀은 설명했다. 또한 개발 과정에서 배터리 수명을 늘리고 화재 위험까지 낮췄다.

이 기술은 셀 내부에서 고분자를 형성하는 공정을 적용해 기존 액체 전지 제조 방식과 호환이 가능하다. 연구팀은 실제 배터리에 적용 가능한 수준의 성능을 입증했다는 점에서 상용화 가능성도 확인했다고 밝혔다.

한편 이번 연구는 DGIST 연구팀과 성균관대 이상욱 교수팀, 경북대 전상은 교수와의 공동연구로 수행됐다.

김재현 DGIST 에너지환경연구부 책임연구원은 “차세대 고에너지밀도 배터리 개발에 중요한 기반이 될 것으로 기대한다”고 말했다.