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• GIST, 리튬금속전지 덴드라이트 억제 기술 개발…12분 초고속 충전 구현

  송고일 : 2026-04-01
  
  

  (왼쪽부터) 엄광섭 차세대에너지연구소장(신소재공학과 교수)과 조진현 박사가 실험실에서 실험을 진행하고 있다. /GIST 제공

  [투데이에너지 김원빈 기자] 광주과학기술원(GIST)이 리튬금속전지의 고질적 문제로 꼽혀온 덴드라이트 형성과 부피 팽창을 동시에 억제하는 기술을 개발했다.

  GIST는 엄광섭 교수 연구팀이 전도성 고분자를 활용한 3차원 구조체를 적용해 리튬금속전지의 충전 속도와 안정성을 향상시키는 데 성공했다고 1일 밝혔다.

  현재 전기차와 스마트폰 등에 사용되는 리튬이온전지는 흑연 음극의 저장 용량 한계로 성능 개선에 제약이 있다. 반면 리튬금속전지는 이론적으로 에너지 밀도를 2배 이상 높일 수 있지만, 충·방전 과정에서 리튬이 불균일하게 쌓이며 나뭇가지 형태의 덴드라이트가 형성되는 문제가 있다. 이는 분리막 손상과 내부 단락을 유발해 안전성과 수명을 떨어뜨리는 요인으로 지적돼 왔다.

  연구팀은 리튬이 쌓이는 위치를 제어하는 방식으로 문제 해결에 접근했다. 내부에 빈 공간이 많은 고분자 구조체(PVDF)에 전도성 고분자 폴리피롤을 코팅하고, 표면은 절연 처리해 리튬이 구조체 내부에서부터 균일하게 쌓이도록 유도했다.

  이 구조는 전류 흐름을 조절해 리튬이 아래에서 위로 쌓이는 ‘바텀업’ 성장 방식을 구현함으로써 덴드라이트 형성과 부피 팽창을 동시에 억제한다.

  그 결과 에너지 밀도는 기존 리튬이온전지 대비 2배 이상 향상됐으며, 약 12분 만에 완전 충전이 가능한 초고속 충전 성능을 확보했다. 또한 5C 조건에서도 200회 이상 충·방전 이후 초기 용량의 94.7%를 유지하는 등 안정성을 입증했다.

  특히 해당 기술은 용액 공정을 기반으로 해 대면적 생산이 가능해 상용화 측면에서도 경쟁력을 갖췄다는 평가다. 전기차와 에너지저장장치(ESS), 항공 모빌리티 등 다양한 분야에 적용이 기대된다.

  연구 결과는 에너지 소재 분야 국제학술지 Energy & Environmental Materials에 게재됐으며, 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.

  ■용어설명

  리튬금속전지=금속 리튬을 음극으로 사용해 에너지 밀도를 크게 높인 차세대 배터리

  덴드라이트=충전 중 리튬이 뾰족하게 자라 배터리 단락을 유발하는 결정

  분리막=양극과 음극이 직접 닿지 않도록 막는 절연막

  바텀업 성장=리튬이 내부에서부터 균일하게 쌓이도록 유도하는 방식

  C-rate(충전속도)=배터리 충전·방전 속도를 나타내는 지표 (5C=약 12분 완충)

  출처 : 투데이에너지(https://www.todayenergy.kr/)