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NEW 화공 이지영 교수, 리튬금속전지 수명↑ '물' 이용 친환경 공법 개발
- 2024-12-03
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우리 학교 화학공학과 이지영 교수가 차세대 리튬 금속전지의 수명을 획기적으로 늘릴 수 있는 친환경 공법을 개발했다. 리튬 금속은 기존 배터리의 한계를 극복할 수 있는 차세대 물질로 주목받아 왔지만, 화재나 안정성·경제성 등의 측면에서 한계를 보여왔다.
이번 연구는 ‘지속가능친환경적인 인공 SEI층을 통한 리튬 금속 양극의 화학적·기계적 불안정성 극복(Overcoming Chemical and Mechanical Instabilities in Lithium Metal Anodes with Sustainable and Eco-Friendly Artificial SEI Layer)’이라는 제목으로 국제 학술지 <어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)> 11월호에 표지논문(Front Cover)으로 선정됐다.
이번 연구는 한국과학기술원(KAIST) 김일두 교수팀(신소재공학과)의 성과로, 아주대 이지영 교수(화학공학과)와 송현섭 박사(현 삼성전자)가 공동 제1저자로 참여했다.
연구팀은 친환경 공법으로 제조한 중공 나노섬유를 리튬금속보호막으로 사용, 리튬의 성장을 안정화하고 차세대 리튬 금속전지의 수명을 늘릴 수 있었다.
이 보호막은 식물에서 추출한 친환경 고분자인 구아검(Guar gum)을 주재료로 이용해서 물 만을 사용한 친환경적인 전기방사 공법으로 제조됐다. 또한 이 보호막이 흙에서 약 한 달 내에 완전히 분해됨을 입증함으로써 보호막의 제조에서 폐기에 이르기까지 전 과정이 친환경적이다.
연구팀은 나노섬유 보호막을 적용해 전해액과 리튬 이온 간의 가역적인 화학 반응을 효과적으로 제어했다. 또한 섬유 내부의 빈 공간을 활용해 리튬이온이 금속 표면에 무작위로 쌓이는 것을 억제, 리튬금속 표면과 전해액 사이의 계면 안정화를 동시에 달성했다.
이 보호막을 적용한 리튬금속 음극은 기존 리튬금속 음극보다 수명이 약 750% 향상됐으며, 300회의 반복적인 충·방전에도 약 93.3%의 용량을 안정적으로 유지해 세계 최고 수준의 성능임을 보였다.
올 2학기부터 아주대에 합류한 화학공학과 이지영 교수(위 사진)는 친환경 에너지 저장기술인 배터리를 통해 에너지 환경문제를 해결하고, 지속가능한 미래를 이루는 연구를 진행하고 있다.
이지영 교수팀의 연구 성과가 실린 <어드밴스드 머티리얼즈> 11월호 표지 / 출처 Wiley 홈페이지