[비욘드포스트 이봉진 기자] 한국과 미국의 배터리 석학 50여 명이 참여한 초국적 공동연구팀이 차세대 리튬금속전지의 핵심 난제를 해결할 새로운 연구 로드맵을 제시했다.
연세대학교 신소재공학과 이홍경 교수, UNIST 이현욱 교수, KAIST 김일두 교수가 주도하고 미국 텍사스대 오스틴캠퍼스(UT Austin), 캘리포니아대 로스앤젤레스캠퍼스(UCLA) 연구진이 참여한 공동연구팀은 차세대 리튬금속전지 관련 메가 리뷰 논문을 국제학술지 'ACS 나노(ACS Nano)'에 게재했다고 밝혔다.

이 논문은 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 이차전지 국제공동연구 사업의 성과다. ACS 나노 게재와 더불어 학문적 파급력을 인정받아 ACS 전체 학술지 논문 중 하루 한 편만 선정되는 'ACS 에디터스 초이스(ACS Editors’ Choice)'에 이름을 올렸다.

리튬금속전지는 기존 흑연 음극을 리튬금속으로 대체해 에너지 밀도를 극대화한 차세대 전지다. 전기차(EV)를 비롯해 도심항공모빌리티(UAM) 등 미래 모빌리티 분야에서 주목받고 있다. 하지만 충·방전 과정에서 리튬이 불균일하게 성장하고 전해질과 부반응을 일으켜 '비활성 리튬(Dead Lithium)'이 생성되면서 전지 수명이 저하되는 고질적인 한계가 있었다. 양극에서 공급되는 제한된 리튬만으로 구동하는 '무음극(Anode-free) 리튬금속전지'의 경우 이러한 미세한 리튬 손실이 치명적인 성능 저하로 이어진다.

공동연구팀은 이 문제를 극복하기 위해 '리튬 인벤토리(Lithium Inventory, 리튬 재고) 관리'라는 새로운 패러다임을 제안했다. 기존 연구가 리튬을 균일하게 쌓는 전착(plating) 기술에 집중했다면, 이번 연구는 '전착-탈착-회수-보상'에 이르는 전 주기에 걸쳐 리튬을 100% 활용하는 시스템 관리를 핵심으로 꼽았다.

연구팀은 더 나아가 손실된 리튬을 전지 스스로 회수하고 보상해 내부 리튬 재고를 폐루프(Closed-loop) 형태로 유지하는 '자기회복형(Self-recovering) 무음극 리튬금속전지' 개념을 제시했다. 이는 1,000 Wh/L급 초고에너지밀도 전지 구현을 위한 중요한 이정표가 될 것으로 평가받는다.
본 과제의 연구 책임자인 UNIST 이현욱 교수는 "이번 메가 리뷰는 국내외 배터리 연구자들이 하나의 문제의식 아래 결집해 이뤄낸 결실"이라며 "무음극 리튬금속전지 실용화를 위한 핵심 난제를 리튬 인벤토리 관리 관점에서 재정의했다는 데 의미가 크다"고 설명했다.

공동연구에 참여한 연세대 이홍경 교수는 "차세대 이차전지 분야에서 대한민국의 글로벌 리더십을 확장하는 계기가 되기를 기대한다"고 말했으며, KAIST 김일두 교수는 "리튬 손실 문제를 전지 시스템 전체의 관점에서 정리하고 구체적인 연구 방향을 제시해 학술적·산업적 의미가 크다"고 덧붙였다.

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