고성능 금속 배터리 상용화 가까워졌다

국내 연구진이 새 공정을 통해 기존보다 10배 큰 용량을 가지는 금속 전극을 대량 생산하는 데 성공했다. UNIST 에너지 및 화학공학부의 이현욱·김영식 교수 연구팀은 탄소섬유의 미세한 틈새로 액체 금속이 스며들게 하는 공정을 이용해 고성능 금속 전극을 개발했다고 13일 밝혔다.
그동안 금속 전극은 용량이 크고 구동 전압이 낮아 기존 흑연 전극을 대체할 차세대 음극 물질로 각광받았지만 배터리 구동 시 전극 표면에 나뭇가지 모양의 결정(수지상 결정)이 생기면서 성능이 낮아지는 문제가 있었다.
이번 연구에서는 탄소섬유를 가공해 미세한 틈새를 만들고 여기에 금속 액체를 스며들게 하는 방식으로 새로운 금속 전극을 제작했다. 이렇게 만들어진 전극은 배터리 구동 시 수지상 결정의 형성이 제어돼 안정성이 향상됐고, 배터리 전체 수명도 늘어났다.
연구팀은 이 기술을 이용해 리튬(Li)이나 나트륨(Na) 금속 전극을 대량생산해 현장에 적용하기도 했다. 지난해 12월 동서발전 화력발전소에 장착돼 약 한 달간 시범 시험을 마친 '10kW급 해수전지 에너지 저장장치(ESS)'가 대표적 사례다.

이현욱 교수는 "금속 배터리의 성능 향상에 초점을 맞추던 기존 연구들과 달리, 상용화 측면에서 접근해 전극 소재의 대량생산을 시도해 성공했다"며 "전극 소재를 실제 장비에 적용해보기도 한 만큼 '고성능 금속 배터리' 상용화에도 기여할 것"이라고 말했다.
이 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기후변화대응기술개발사업과 기초연구실지원사업의 지원으로 수행됐다. 그 결과는 국제학술지 '나노 레터스(Nano Letters)'에 표지 논문으로 선정돼 출판을 앞두고 있다.
[서정원 기자]