사진 제공=클립아트코리아


‘소금 한 꼬집’이 음식 맛을 완전히 바꾸듯, 배터리 속에 극히 적은 양의 물질을 더하는 것만으로도 안전성과 수명을 동시에 끌어올릴 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 특히 이러한 방식으로 차세대 전지로 꼽히는 ‘리튬금속전지’의 가장 큰 약점을 보완할 수 있을 것으로 보여 관심이 쏠린다. POSTECH(포항공과대학교) 김원배 교수 연구팀은 리튬금속전지의 액체 전해질에 미량의 알루미늄염(AlCl₃)을 첨가해 내부 구조를 안정화하는 데 성공했다고 밝혔다. 해당 연구 결과는 최근 국제 학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced 모바일릴게임 Science)’에 게재됐다. 리튬금속전지는 현재 널리 쓰이는 리튬이온전지보다 훨씬 많은 에너지를 저장할 수 있다. 이론적으로는 전기차 주행거리를 획기적으로 늘릴 수 있고, 도심항공모빌리티(UAM) 같은 고출력 이동수단에도 적용할 수 있다. 리튬금속전지가 ‘꿈의 배터리’로 불리는 이유다. 그러나 상용화를 가로막는 치명적인 약점이 있다. 충전 과정에서 금속 바다이야기게임 리튬이 표면에 불균일하게 쌓이면서 ‘덴드라이트’라 불리는 뾰족한 결정이 자라난다는 점이다. 덴드라이트는 전지 내부를 관통해 단락(합선)을 일으키고, 심할 경우 화재나 폭발로 이어질 수 있다. 동시에 전해질이 분해되면서 배터리 수명도 급격히 짧아진다. 연구팀은 이러한 문제의 원인을 ‘흐르는 액체’ 상태의 전해질에서 찾았다. 액체 환경에서는 리튬이 고르게 쌓 릴짱릴게임 이지 못해 덴드라이트가 자라기 쉽다는 것이다. 이에 전해질을 완전히 바꾸기보다는, 소량의 첨가제를 넣어 스스로 구조를 바꾸도록 유도하는 전략을 택했다. 실험 결과 전해질 용매인 ‘1,3-다이옥솔레인’에 알루미늄염을 극미량 넣자 내부에서 고분자 반응이 일어나며 액체가 ‘젤’ 형태로 변했다. 이 젤 전해질은 흐름은 줄이되, 리튬 이온이 이동하는 통로는 유지하는 바다이야기무료 구조를 형성했다. 말하자면 액체의 자유로움과 고체의 안정성을 동시에 갖춘 셈이다. 이 과정에서 리튬 표면에는 자연스럽게 보호막(SEI)이 만들어졌다. 분석 결과, 불화리튬과 염화리튬, 리튬-알루미늄 화합물이 섞인 복합 보호층이 형성돼 덴드라이트 성장을 억제하는 것으로 나타났다. 전기화학 실험과 분자 수준 계산을 통해 이 메커니즘도 확인했다. 성능 역시 개 쿨사이다릴게임 선됐다. 리튬-인산철(LFP) 양극을 사용한 전지 실험에서 280회 충·방전 이후에도 초기 용량의 약 93%를 유지했다. 일반 조건보다 20배 빠른 고속 충전 환경에서도 안정적인 작동을 보였다. 안전성과 수명, 고속 충전 성능을 동시에 확보했다는 의미다. 이번 연구의 핵심은 ‘복잡한 구조 변경’이 아니라 ‘미세한 조정’에 있다. 기존 배터리 체계를 크게 바꾸지 않으면서도 내부 환경을 스스로 정돈하도록 만들었다는 점에서 산업적 확장 가능성도 높게 평가된다. 연구팀은 “소량의 알루미늄염이 젤 전해질 형성과 계면 안정화를 동시에 이끈 것이 결정적”이라며 “고에너지 리튬금속전지 상용화를 앞당기는 계기가 될 것”이라고 밝혔다. 서지혜 기자 wise@sedaily.com