POSTECH-KAIST 공동연구, 음극 없는 리튬 금속 배터리로 전기차 주행거리 2배 달성

포스텍(POSTECH) 박수진 교수팀과 카이스트(KAIST) 최남순 교수팀, 경상국립대 이태경 교수팀이 공동으로 개발한 '음극 없는 리튬 금속 배터리'가 기존 리튬이온 배터리의 약 2배인 1,270 Wh/L의 부피 에너지 밀도를 기록했습니다. 이 연구는 Advanced Materials에 게재됐습니다.

음극 제거로 공간 효율 극대화

음극 없는 배터리는 흑연 음극을 없애고 충전 시 양극에서 나온 리튬 이온이 구리 집전체에 직접 증착되게 합니다. 불필요한 부품을 없애 같은 부피에 더 많은 에너지를 저장할 수 있어 '같은 크기 연료탱크에 더 많은 연료를 채우는' 효과가 있습니다.

이중 전략으로 덴드라이트·수명 문제 해결

연구팀은 △고분자 골격에 은 나노입자를 균일하게 분산시킨 '가역적 호스트(RH)'로 리튬 증착 위치를 제어하고, △Li₂O·Li₃N 보호층을 형성하는 '설계 전해질(DEL)'로 덴드라이트 성장을 억제하면서 이온 전도 경로를 유지하는 이중 전략을 썼습니다.

파우치 셀서도 우수한 성능 입증

고용량(4.6 mAh/cm²), 고전류 밀도(2.3 mA/cm²) 조건에서 100회 사이클 후 용량 유지율 81.9%, 평균 쿨롱 효율 99.6%를 기록했습니다. 전해질 양을 최소화(E/C=2.5 g/Ah)하고 낮은 적층 압력(20 kPa)에서도 안정 작동해 상용화 근접성을 입증했습니다.

자세한 내용은 최남순 교수(nschoi@kaist.ac.kr)에게 문의하세요.