한양대 화학공학과 염봉준 교수가 리튬금속전지용 차세대 복합체 분리막을 개발했다고, 한양대가 14일 밝혔다. 해당 기술은 고용량의 2차전지를 고속 충·방전 시키면서도 긴 수명을 확보할 수 있어 향후 차세대 전지에 활용 가능성이 높을 것으로 기대된다.

리튬금속전지는 기존 리튬이온전지 대비 음극에서 10배 이상의 높은 이론 용량을 지니므로, 차세대 고용량 2차전지로 주목받고 있다. 하지만 반복되는 충·방전 과정에서 음극 표면에 리튬 돌기가 형성되어 배터리 성능이 열화되고, 단락 등이 발생하여 폭발의 위험성을 지니는 고질적인 문제점을 지니고 있다.

연구진은 이러한 문제를 해결하기 위하여 높은 이온전도도와 이온 분산 성능을 지니는 폴리에테르이미드·아라미드 고분자 나노복합체 분리막을 개발했다. 연구진이 개발한 분리막은 계면상호작용 제어와 자기조립 제조과정을 이용하여 독특한 나노섬유구조를 지니고 있다.

개발된 분리막은 높은 전기화학적, 열적 안정성을 지니고, 리튬금속음극 표면의 돌기 형성을 효과적으로 억제하는 성능을 보였다. 이를 고용량 리튬금속전지에 적용시 고속 충방전 조건에서도 500회까지 안정된 거동을 보였으며 초기 용량의 74%를 유지하는 획기적인 성능을 나타냈다.

염 교수는 “본 기술은 자기조립 나노기술을 기반으로 한 획기적인 차세대 분리막 제조 기술로써 차세대 리튬금속전지의 실용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대한다”라고 말했다.

본 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원사업, 선도연구센터지원사업, 테크브릿지 활용 상용화기술개발 사업의 지원을 받아 수행되었으며, 이동근 한양대 박사과정 학생이 제1저자로 참여하였고, 재료 및 에너지 분야 저명 국제학술지인 「Energy Storage Materials」 8월호에 게재됐다.

염봉준 교수

이동근 박사과정

차세대 복합체 분리막의 모식도 및 고속/고용량 충방전 안정성 결과