한양대 화학공학과 염봉준 교수가 고에너지밀도 리튬금속전지용 초다공성 나노복합체 분리막을 개발했다고, 한양대가 30일 밝혔다. 해당 기술은 고용량의 양극 및 소량의 리튬을 사용하는 조건에서도 안정적인 거동을 가능하게 하여 향후 차세대 고에너지밀도 전지 실용화의 핵심 기술로 활용될 수 있다.

리튬금속전지는 리튬의 높은 용량으로 인해 차세대 고에너지밀도 2차전지로써 주목받고 있다. 하지만 충·방전 과정에서 생기는 리튬 돌기 및 전해질과의 부반응으로 인해 고에너지밀도 달성을 위해서는 기술적 해결이 필요한 실정이다.

염 교수 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위하여 초다공성 폴리바이닐알코올/아라미드 고분자 나노복합체 분리막을 개발했다. 연구진이 개발한 분리막은 상분리를 이용한 자기조립 및 폴리바이닐알코올의 팽윤에 의한 기공 형성 과정으로, 95% 이상의 매우 높은 공극률을 보였다.

개발된 분리막은 우수한 전해질 및 이온 친화도, 초다공성으로 빠르고 균일한 이온 전도를 통해 리튬 돌기 형성 및 부반응을 효과적으로 억제하는 성능을 확인했다. 이를 고용량 양극 및 소량의 리튬을 사용한 리튬금속전지에 적용하여 170회 이상까지 안정적인 충·방전 거동을 보였으며, 초기 용량의 80%를 유지하는 혁신적인 성능을 나타냈다.

염 교수는 “개발된 초다공성 나노복합체 분리막은 차세대 고에너지밀도 배터리 시장을 선점할 수 있는 핵심 기술이 될 것으로 기대한다. 대면적 제조 기술 연구를 통한 실용화 가능성을 타진하기 위한 추가 연구 중이다”라고 말했다.

한국연구재단의 신진연계 중견연구자지원사업, 테크브릿지활용 상용화기술개발 사업의 지원을 받아 수행된 이번 연구는 재료 및 에너지 분야 저명 국제학술지인 「Energy Storage Materials」 24년 2월호에 게재될 예정이다.

해당 논문 「Coordinated self-assembly of ultraporous 3D aramid nanofibrous separators with a poly(vinyl alcohol) sheath for lithium-metal batteries」는 한양대 박사과정 이동근 학생이 제1저자로 참여하고, 염봉준 교수가 교신저자로 참여했다.

염봉준 교수

이동근 박사과정 학생