"수명과 안전성 모두 잡았다"···KAIST·고려대, 리튬금속 배터리 상용화 핵심 기술 개발 - Joint team develops longer lasting, safer lithium metal battery

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 ▲ 타오펜 첨가 전해질로 덴드라이트 성장을 억제한 리튬금속 배터리(인공지능 생성 이미지). This artificial intelligence-generated image shows how a lithium metal battery can suppress dendrite growth through the addition of thiophene to an electrolyte. (Korea Advanced Institute of Science and Technology - 한국과학기술원)

한국 연구진이 차세대 배터리로 주목받는 리튬금속 배터리(Lithium Metal battery)의 상용화를 앞당길 핵심 기술을 개발했다.

A research team has developed a core technology to accelerate the commercial application of the state-of-the-art lithium-metal batteries.

한국과학기술원(KAIST)은 고려대학교와 함께 배터리 수명과 안전성을 동시에 잡는 '지능형 보호막' 기술을 구현했다고 24일 밝혔다.

The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) on Feb. 24 said its joint project with Korea University developed an "intelligent protective film" that raises both battery lifespan and safety.

리튬금속 배터리는 현재 사용되는 리튬이온(Lithium-ion) 배터리보다 더 많은 전기를 저장할 수 있어 전기차 주행거리를 크게 늘릴 수 있다.

A lithium-metal battery can store more power than the more common lithium-ion model, meaning electric vehicles powered by the former can expect to travel longer distances.

하지만 충전과 방전을 반복하는 과정에서 나뭇가지 모양으로 자라나는 '덴드라이트' 현상이 상용화의 가장 큰 걸림돌로 지적됐다. 이 결정체가 배터리 내부를 찌르면 배터리 수명이 짧아지고 내부 단락이나 화재 위험으로 이어질 수 있기 때문이다.

The repeated charging and recharging of a lithium-metal battery leads to the formation of dendrites, structures shaped like tree branches that pose the biggest obstacle to the battery's commercial use. Dendrites can shorten lifespan and cause internal short circuits or a fire hazard if they pierce a battery's interior.

연구팀은 해결책으로 배터리 속 액체 물질인 전해질에 '티오펜(Thiophene)' 물질을 첨가했다. 그 결과 전극 표면에 리튬 이온이 안정적으로 이동할 수 있도록 돕는 '지능형 보호막'이 형성됐다.

To resolve this issue, the researchers added the substance thiophene to the electrolyte, the liquid substance inside the battery, to form an intelligent protective layer allowing lithium ions to move stably across the electrode surface.

이 보호막은 상황에 따라 구조가 스스로 조절되는 특징이 있다. 교통량에 따라 차선을 조정하는 스마트 교통 시스템처럼, 리튬 이온이 움직일 때마다 보호막 안의 전하 분포가 유연하게 변해 가장 효율적인 통로를 만들어준다. 이 때문에 빠르게 충전하는 환경에서도 덴드라이트 생성을 효과적으로 억제하고, 배터리 수명을 크게 늘릴 수 있다.

This layer has a self-regulating structure depending on the situation. Similar to a smart transit system that adjusts lanes based on traffic volume, the charge distribution in the layer changes flexibly as lithium ions move for the most efficient passage, suppressing dendrite formation even in environments with uber-fast shifts to greatly extend battery life.

연구팀은 배터리 내부 관찰로 높은 전류 조건에서도 리튬이 표면에 고르게 쌓였다가 제거되고 안정적으로 작동하는 것을 확인했다.

By observing the battery's interior, the team confirmed that lithium accumulated evenly on the surface and was removed even under high currents, enabling stable operation.

이 기술은 특정 배터리에만 적용되는 것이 아니라 현재 사용되는 전기차 배터리 시스템 전반에 폭넓게 적용 가능하다. 초장거리 전기차는 물론 도심 항공 모빌리티, 차세대 고밀도 에너지 저장 장치 등 다양한 미래 산업 분야에 활용될 것으로 기대된다.

This technology can be applied not only to certain batteries but all used in electric vehicles. Its use in future industries includes electric vehicles that drive long-range distances, urban air mobility and next-generation devices for high-density energy storage.

연구진은 "이번 성과가 고속 충전과 긴 수명을 동시에 구현하는 차세대 전기차 배터리의 핵심 기반 기술이 될 것"이라고 밝혔다.

The team said, "This achievement will become the core foundational technology for next-generation electric vehicle batteries with high-speed charging and a long life."

이번 연구는 재료·에너지 분야 학술지 '인포맷(InfoMat)'에 지난 2일 게재됐다. This research was published on Feb. 2 in the China-based materials and energy journal InfoMat.

샤를 오두앙 기자 caudouin@korea.kr

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