연구소(분원장 김진상) 탄소융합소재연구센터 이성호 센터장 연구팀과
함께 탄소섬유 페이퍼를 음극소재로 사용하여 리튬메탈 전지의 내구성
을 3배 이상 향상시키는 기술을 개발했다고 밝혔다.
∘ 연구진은 리튬메탈 전지의 음극 소재로 쓰이는 리튬메탈을 코팅한 구
리 박막을 리튬메탈이 함유된 얇은 탄소섬유 페이퍼로 대체했다. 개발
된 탄소섬유 페이퍼는 탄소 단섬유 위에 무기 나노입자인 비결정질*
탄소와 탄산나트륨으로 표면처리를 하여 리튬 친화적인 특성을 가지는
동시에 리튬 수지상 결정이 뾰족하게 성장하지 못하도록 했다.
* 비결정질: 광물을 이루는 원자나 이온의 배열 상태가 불규칙하여 일정한 결정을
이루지 못하는 광물
□ 공동 연구진은 개발한 탄소섬유 페이퍼 음극소재를 사용한 결과, 구리
박막보다 3배 이상 높은 내구성을 갖는 리튬메탈 전지를 제조할 수 있
었다. 구리 박막은 약 100회의 충·방전 사이클 이후에서 단락*이 일어
났지만, 새로 개발한 탄소섬유 페이퍼는 300 사이클 이상에서도 안정적
인 성능을 보였다.
∘ 또한 구리 박막을 사용하는 리튬메탈 전지의 에너지 밀도*를 240
Wh/kg에서 428 Wh/kg으로 약 1.8배 증가시킬 수 있었다. 나아가 녹
은 리튬이 탄소섬유 페이퍼에 빠른 시간 내에 흡수되는 특성을 보여
전극 제조공정을 단순화시킬 수 있을 것으로 예상된다.
* 단락: 합선. 전위차를 갖는 회로 상의 두 부분이 전기적으로 접촉되는 현상. 접
점에서 과량의 전류가 흐르게 되어 발열이나 화재, 폭발이 일어나기도 함.
* 에너지 밀도(energy density): 단위 부피 혹은 단위 무게에 저장된 에너지. 전
지의 효율을 나타내는 지표.
□ 엄광섭 교수는 “이번 연구 성과는 구리보다 훨씬 가벼운 탄소섬유의
간단한 표면처리로도 리튬메탈음극용 집전체로써 충분한 안정성을 확
보할 수 있다는 데 가장 큰 의의가 있다”면서, “향후 고에너지 리튬
금속배터리의 상용화에 기여할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.