드론의 활공 시간을 늘린 리튬금속이온전지는 어떤 전지?

김문석 KIST 연구원 "리튬금속 표면을 보호하는 연구에서 전해질이 중요"

자신이 개발한 리튬금속이온전지 시제품과 함께한 김문석 KIST 전문연구원. 사진=안희민 기자

[대전=데일리한국 안희민 기자]리튬금속이온전지는 차세대 전지인 리튬금속전지의 한 가지다. 리튬금속이온전지, 리튬황전지, 리튬공기전지는 서로 다르지만 음극의 리튬금속을 쓴다는 점은 동일하다.

이들 전지에서 중요한 것이 바로 전해질이다. 전해질은 리튬이온이 오갈 수 있게 해주는 매개체다. 전지의 특성에 맞게 전해질도 맞춤형으로 제작해야 성능을 향상시킬 수 있는데 특히 리튬금속이온전지에서 리튬황전지보다는 전해질이 중요하다.

리튬금속이온전지는, 특히 NCM/NCA 계열의 양극을 사용할 시, 전해질의 용매가 카보네이트 계열로 고정돼 있으며 이는 에테르 계열의 용매보다 리튬금속 음극에 있어 적합하지는 않다. 하지만 대신 염들과 첨가제를 잘 배합해 전해질 형상(formulation)을 바꿔야 한다.

리튬이온전지에서 리튬이온은 음극과 양극 호스트를 통해 저장이 가능한데, 리튬금속이온전지에선 호스트가 없는 환경에서 리튬이 이온화됐다 환원된다. 리튬이 도금되는 원리와 같다.

이때 SEI (solid electrolyte interphase)가 생기는데 어떤 조건에서 어떤 전해질을 사용하고 어떤 전류밀도를 가하면 어떤 SEI가 생기는지 실험하기 전까진 미리 알기가 매우 힘들다.

전해질 용매, 염 그리고 첨가제에 따라 SEI의 유형이 달라지는데 주어진 전류밀도에서 전극 표면에 형성되는 SEI의 성질이 전해질에 따라 크게 의존되기 때문에 우선적으로 전지시스템에 최적한 전해질을 골라야한다.

김문석 KIST 전문연구원은 “리튬금속 표면을 보호하는 연구에 있어서도 어떠한 전해질 시스템의 기준으로 개발을 하는지가 가장 중요하다”고 전했다.