- KIST 이중기 박사 연구팀, 덴드라이트 형성 차단 기술개발

[디지털데일리 김도현 기자] 국내 연구진이 전기차 배터리 화재를 막을 수 있는 기술을 개발했다. 반도체 박막을 활용한 방식이다.

27일 한국과학기술연구원(KIST)은 에너지저장연구단 이중기 박사 연구팀이 리튬금속 전극 표면에 반도체 박막을 형성해 배터리 화재 원인 덴드라이트 형성을 원천 차단했다고 밝혔다.

리튬이온 2차전지 화재는 소재 표면에 생기는 덴드라이트가 가장 큰 원인이다. 덴드라이트는 배터리 충전 시 리튬이온이 음극으로 이동해 표면에서 리튬금속으로 저장되는 과정에서 나뭇가지 형태 결정으로 형성되는 것을 일컫는다.

이는 전극의 부피를 팽창시키는데 전극과 전해질 사이의 반응을 일으켜 화재 유발 및 전지 성능을 떨어뜨린다. 연구팀은 전도성이 높은 반도체 소재 풀러렌(C60)을 플라즈마에 노출해 리튬금속전극과 전해질 사이에 반도체 박막을 만들어 덴드라이트가 형성되지 않게 했다.

개발된 반도체 박막은 전자는 통과시키고 리튬이온은 통과시키지 못하게 한다. 전극 표면에서 전자와 이온이 만날 수 없어 리튬 결정이 형성되지 않아 덴드라이트의 형성 또한 원천적으로 차단할 수 있다.

전극의 안정성을 테스트하기 위해 리튬-리튬 대칭 셀로 실험했다. 극한 전기화학 환경에서 일반 리튬금속 전극은 20회 충·방전 사이클, 반도체 박막을 갖는 전극은 리튬 덴드라이트 성장 없이 1200사이클 동안 안정적이었다.

KIST 이중기 박사는 “이번 연구에서 개발된 고안전성 리튬금속전극 개발 기술은 기존 리튬금속에서 발생하는 금속 덴드라이트 발생을 억제하면서 화재의 위험이 없는 안전한 차세대 이차전지 개발을 위한 차세대 융합형 원천기술로써 주목받을 것”이라면서 “반도체 박막을 형성하기 위해 사용한 고가의 풀러렌이 아닌 다른 저렴한 소재를 통해 본 기술을 적용하려는 연구를 진행할 예정”이라고 설명했다.

<김도현 기자>dobest@ddaily.co.kr