숙명여자대학교(총장 장윤금)는 류원희 화공생명공학부 교수 연구팀이 최적화된 농도의 분자 쌍극자 첨가제를 도입해 충·방전 상황에서도 기존 리튬금속전지 대비 6배 이상의 수명을 유지하는 기술을 개발했다고 21일 밝혔다.

향후 차세대 초고에너지 이차전지로 불리는 리튬금속전지의 수명을 높이고, 폭발 등 안정성 문제를 개선하는 기술로 활용될 것으로 기대된다.

류 교수 연구팀은 메틸피롤리돈(Methyl pyrrolidone) 기반 분자 쌍극자를 전해질 첨가제로 도입해 빠른 충·방전이나 반복적인 장기간 구동에도 리튬수지상의 형성을 막는 방식으로 표면을 평탄화하고 고체전해질계면(Solid Electrolyte Interphase, SEI)의 안정성을 동시에 높이는 기술을 개발했다.

이 기술을 활용하면 금속 음극이 5mA/cm2의 높은 인가전류에서 전착과 용출을 반복하더라도 리튬음극표면이 평평하게 유지되고 안정적인 리튬 결정성장을 보인다고 보고했다. 또한, 고체 전해질 계면(SEI)도 안정적인 구조를 갖도록 도와주는 특징이 있는 것으로 파악했다.

류원희 교수는 "기존 전해질에 쉽게 도입할 수 있는 분자 쌍극자 기반 첨가제 연구를 바탕으로 리튬공기전지와 리튬황전지, 전고체전지 등 리튬금속기반 차세대 전지의 성능을 크게 향상할 수 있다"고 밝혔다.

숙명여대 화공생명공학과 석사과정 전서영 학생이 1저자로 참여한 이 논문은 지난 15일 국제전문학술지인 '어드밴스드 사이언스'(Advanced Science, IF=15.1) 표지논문으로 출판됐다. 한국연구재단의 우수신진·중견후속연구사업, 단계도약형 탄소중립기술개발사업, 한국과학기술연구원의 미래원천청정신기술개발사업의 지원을 받았다.