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리튬 금속을 음극재로 사용하는 차세대 배터리는 기존 배터리보다 훨씬 높은 에너지 밀도를 자랑하여 꿈의 소재로 불립니다. 그러나 충전과 방전을 거듭할수록 리튬이 불규칙하게 쌓이고 분리되는 과정에서 전류가 흐르지 못하는 현상이 발생합니다. 이로 인해 용량이 급격히 감소하고 화재 위험까지 높아져 상용화의 최대 장애물로 지적되어 왔습니다.
KAIST 신소재공학과 연구팀은 특수한 전기화학 원자힘현미경(3)을 활용하여 전극 표면에서 일어나는 미세한 변화를 머리카락 굵기 10만 분의 1 수준에서 실시간으로 관찰했습니다. 연구 결과, 배터리 표면 전체가 아니라 거칠고 다공성인 특정 지점에서 리튬이 전기적으로 고립되는 현상을 입증해냈습니다.
이번 연구는 배터리가 파괴되기 시작하는 초기 표면 형태가 장기적인 수명에 절대적인 영향을 미친다는 것을 증명했습니다. 초기 리튬 형성 표면을 정밀하게 제어할 수 있는 기술이 결합된다면, 성능 저하 없이 오랫동안 사용할 수 있는 획기적인 차세대 배터리 설계가 가능해질 전망입니다.
이 연구 성과가 실제 상용화로 이뤄질 경우, 향후 출시될 전기차들은 한 번 충전으로 주행할 수 있는 거리가 비약적으로 늘어날 셈입니다. 또한 오래 타도 배터리 성능이 쉽게 떨어지지 않으며 고질적인 화재 및 발열 위험이 대폭 감소해 차량 유지와 중고차 가치 보존에 막대한 이득을 안겨줄 것으로 기대됩니다.
일반적으로 사용하는 흑연 대신 리튬 금속을 음극으로 사용하여 전기차에 더 많은 에너지를 담아 멀리 주행할 수 있도록 돕는 차세대 고성능 배터리입니다.
배터리를 반복해서 사용할 때 본체에서 떨어져 나가 전기가 통하지 않게 된 리튬 찌꺼기로, 배터리 수명 저하와 화재 원인이 되는 불순물을 뜻합니다.
눈에 보이지 않는 나노 단위의 아주 미세한 표면 변화와 전기적인 반응을 실시간으로 동시에 측정하고 관찰할 수 있는 최첨단 현미경 장비입니다.
