[디지털투데이 석대건 기자] 고려대학교 화공생명공학과 조진한 교수 연구팀이 은 이온 공정을 활용한 초박막 코팅 기술을 개발했다고 16일 밝혔다.

리튬 금속은 에너지 저장 능력이 높고 전압 손실이 적어 차세대 고에너지 배터리의 핵심 소재로 평가받는다. 그러나 충·방전 과정에서 나뭇가지 모양의 덴드라이트가 생성되면 내부 단락이나 폭발 위험이 발생한다. 배터리 수명과 효율도 급격히 저하된다. 이를 해결하기 위해 리튬이 균일하게 쌓이도록 보호막을 형성하는 기술이 필요했다.

이에 연구팀은 은 이온과 트리티오시아누르산(TCA)을 번갈아 쌓는 배위결합 기반 층상자기조립 공정을 적용했다. 니켈로 도금된 섬유형 전극 지지체 위에 40나노미터 이하 두께의 초박막 금속-유기 골격체(MOF)를 형성했다. 이 공정은 상온 상압 환경에서 용액만으로 진행되며, 나노입자 합성이나 고온 열처리가 필요하지 않다.

은 이온은 전지 작동 시 MOF 내부에서 은 나노입자로 전환되며 리튬이 균일하게 쌓이도록 돕는다. TCA 성분은 보호막을 형성해 장시간 사용 시에도 전극 손상을 방지한다. 덴드라이트 생성을 억제하면서 충·방전 효율을 유지할 수 있다고 연구팀은 설명했다.

개발한 전극을 적용한 리튬 금속 배터리는 2000시간 이상 안정적으로 구동됐다. 일반 양극을 사용한 전지에서는 1300회 이상 충·방전 후에도 용량의 96% 이상을 유지했다. 상용화 수준의 조건에서도 높은 효율을 보였다.

조진한 교수는 "이번 연구는 은 이온만으로 리튬 전극의 계면을 정밀하게 제어할 수 있음을 보여준 성과"라며 "향후 리튬뿐 아니라 나트륨·아연 등 다양한 금속 전지로도 확장 가능한 기술 플랫폼으로 발전할 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구는 에너지 저장 분야 학술지 'Advanced Materials(IF=26.8)' 9월 13일자 온라인판에 표지 논문으로 게재됐으며, 한국연구재단의 중견 도약과제 및 미래유망융합기술파이오니어 과제 지원으로 수행됐다.