금속 플루오라이드 화합물 (MxFy)을 활용한 리튬 플루오라이드 피막층과 내부 리튬 합금 형성 메커니즘. 연구그림 UNIST 제공최근 합금 상태도를 활용해 리튬 금속 전극 표면의 품질을 상승시키는 기술이 개발됐다. 이 기술을 통해 리튬 전지 성능을 높일 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.
UNIST(울산과학기술원) 에너지화학공학과 이현욱 교수팀은 금속 플루오라이드(MxFy) 화합물 활용 연구를 통해 이번 기술을 개발했다고 25일 밝혔다.
연구팀은 리튬 전지 성능을 향상시키기 위해 낮은 열처리 조건에서도 리튬과 활발히 반응하는 금속 플루오라이드 성질을 활용했다.
이 과정에서 리튬 플루오라이드는 표면 보호층을 형성하면서 내부의 리튬 합금을 전해질로부터 보호할 수 있게 된다.
리튬 합금 전극은 전해질 첨가제가 포함된 전해질 시스템에서 구동할 때 기존 리튬 전극 대비 약 4배, 2천시간 이상 높아진 전지 수명을 보였다.
전해질 첨가제가 포함되지 않은 전해질 시스템에서도 700시간 이상 안정적으로 구동됐다.
사진 왼쪽부터 이현욱 교수, 제1저자 김민호 연구원. UNIST 제공연구팀은 또 실시간 투과전자현미경 분석법을 활용해 금속 플루오라이드 화합물이 리튬과 반응하는 메커니즘을 규명했다.
제 1 저자인 김민호 UNIST 에너지공학과 박사후 연구원은 "리튬 표면 보호층의 불완전 형성을 보완하는 기술을 통해 리튬 금속 전지 상용화를 위한 하나의 지표가 될 것으로 기대된다"고 말했다.
이현욱 에너지화학공학과 교수는 "UNIST는 이차전지와 차세대전지를 고도 분석할 수 있는 올인원 분석센터를 준비하고 있다. 이를 통해 다양한 물질을 규명하고 성능을 진단하는 중심 역할을 할 것"이라고 했다.
이번 연구 성과는 나노소재 분야 국제 저명학술지 '나노레터스 (Nano Letters)' 지난 7일자 온라인에 게재됐다.