리튬금속전지는 더 많은 전기를 저장할 수 있어 차세대 배터리의 핵심 기술로 꼽히지만, 충전과 방전 과정에서 나뭇가지처럼 자라는 덴드라이트 때문에 폭발 위험이 있고 수명도이 짧은 게 가장 큰 문제였습니다.

한국화학연구원 석정돈 박사 연구팀이 이런 한계를 풀 수 있는 새로운 보호막 기술을 개발했습니다.

연구진은 고체 고분자와 세라믹 재료를 결합한 얇은 보호막을 만들어, 이를 리튬 금속 표면에 옮겨 붙이는 전사 인쇄 방식으로 덧씌웠습니다.

기존 방식처럼 액체를 사용하지 않아 리튬이 손상되지 않고, 넓은 면적에도 고르게 코팅할 수 있어 상용화에 한 걸음 더 다가섰다는 평가를 받고 있습니다.

특히 이번 기술은 세계 최초로 전사 인쇄 방식을 이용해 리튬에 직접 보호막을 얇게 부착했습니다.

5마이크로미터(μm) 두께의 보호막을 가로 24cm 이상 넓은 면적에 고르게 전사하는 데도 성공했습니다.

이 보호막을 적용한 실험용 배터리는 100회 충·방전 후에도 용량의 81.5%를 유지했고 전압 손실도 55.3mV로 낮았습니다.

에너지 손실률도 거의 없는 99.1% 효율을 보였고, 보호막이 없는 경우보다 수명이 2배 이상 늘어났습니다.

또한, 배터리를 9분 안에 완전히 방전시키는 극한 조건에서도 74.1%의 용량을 유지해, 고출력에서도 안정적인 성능을 확인했습니다.

리튬금속전지는 전기차, 드론, 에너지 저장장치(ESS) 등에서 고용량·고성능 배터리로 주목받고 있지만, 덴드라이트 문제로 상용화에 어려움을 겪어왔습니다.

연구진은 이번 보호막 기술은 리튬금속전지뿐만 아니라, 전고체전지, 리튬황전지 같은 차세대 배터리에도 폭넓게 적용할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.

이번 연구는 재료·에너지 분야 국제학술지 'Energy Storage Materials'에 알루미나-금 이중 보호막 연구와 하이브리드 보호막 연구, 두 개의 논문이 각각 2025년 2월과 7월에 실렸습니다.

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