대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학전공 이홍경 교수·이호춘 교수 공동 연구팀이 리튬 금속 음극의 성능을 확보할 수 있는 전해질 설계 원리를 규명했다. 이를 통해 설계된 유사 고농도 전해질은 기존 전해질보다 리튬 금속 음극의 수명을 늘릴 수 있어, 향후 전기자동차용 이차전지 개발에 긍정적인 영향을 줄 것으로 보인다.

유사 고농도 전해질은 리튬이온과의 상호작용이 매우 약한 비용매를 전해질에 첨가해, 고농도 전해질의 우수한 리튬 음극과의 안정성과 일반 전해질의 우수한 이온전도 특성을 동시에 만족하는 전해질이다. 24일 DGIST에 따르면 공동 연구팀은 다양한 온도에서 유사 고농도 전해질이 리튬 금속 음극과 리튬 금속 이차전지의 장기수명과 내구성에 미치는 영향을 규명했다. 기존의 고농도 전해질에 비해 유사 고농도 전해질 적용 시, 저온과 고온에서 리튬 금속 음극의 내구성이 크게 향상됐으며, 리튬 금속 이차전지의 장기수명 또한 40% 이상 증가하는 것을 확인했다.

추가적으로 공동 연구팀은 이차전지의 전기화학적 과전압과 리튬 음극 계면의 열안정성 분석을 통해 유사 고농도 전해질이 보이는 개선 효과의 원인을 규명했다. 그 결과 유사 고농도 전해질은 세 가지 과전압 성분이 모두 감소했으며, 특히 저온에서 과전압 감소 효과가 두드러졌다. 이로 인해 저온 내구성이 개선된 것을 확인했다.

이호춘 DGIST 에너지공학전공 교수는 “이번에 규명한 분석 결과는 리튬 금속 전지용 전해질의 설계 지침이 될 수 있는 원천 기술”이라며 “향후 리튬 금속 음극을 사용하는 다양한 차세대 전지용 전해액 시스템 설계에도 적용할 수 있을 것”이라고 말했다.

이 연구에는 DGIST 에너지공학전공 박기성 박사와 조영성 석사과정생이 공동 제1저자로 참여했다. 연구 결과는 에너지 분야 국제 학술지인 ‘Chemical Engineering Journal’에 지난 8월 21일 온라인 게재됐으며, 해당 저널 내년 1월호에 게재될 예정이다.