한국화연, 차세대 무음극 전고체 전지 수명 7배 향상

- 고가 귀금속 대신 저렴한 이황화몰리브덴(MoS₂) 박막 이용 

- 무음극 전고체 전지의 불균일 리튬 도금 및 계면 불안정성 문제 해결

- 차세대 무음극 전고체 전지의 안정성 한계 극복 기대

화학연 서동범 박사후연구원이 유기화학 기상증착 (MOCVD) 장비를 조작하고 있다. (자료제공: 한국화연)

2차원 이황화몰리브덴 박막 활용하여 차세대 무음극 전고체 전지 성능 및 안정성 향상. (자료제공: 한국화연)

국내 연구진이 낮은 비용의 2차원 소재를 이용해, 차세대 전지인 무음극 전고체 전지의 수명을 7배 향상시키는 기술을 개발했다.

한국화학연구원(원장 이영국)은 안기석, 서동범 박사 연구팀과 충남대학교(총장 김정겸) 박상백 교수 공동 연구팀이 금속-유기 화학 기상 증착법으로 성장시킨 이황화몰리브덴(MoS₂)을 차세대 무음극 전고체 전지의 집전체에 적용해, 수명을 크게 높이는 기술을 개발했다고 6월 2일 밝혔다.

이황화몰리브덴은 충·방전 시 리튬과 반응해 몰리브덴(Mo) 금속과 황화리튬(Li₂S)으로 변환된다. 이들은 음극과 고체 전해질 사이에서 새로운 층을 형성해, 리튬이 특정 부위에 뾰족하게 성장하는 ‘덴드라이트 현상’을 방지하고 배터리의 수명과 안정성을 높인다.

실험 결과, 집전체에 이황화몰리브덴 희생막을 적용한 경우 300시간 이상 안정적으로 작동했다. SUS 전극만 사용한 경우 약 95시간 만에 단락이 발생한 것과 비교하면 약 3.2배 이상 안정성이 향상된 것이다. 또한 이황화몰리브덴 희생막을 적용한 전지는 기존 SUS 전극 활용 전지 대비, 초기 방전 용량이 1.18배, 수명은 7배 향상됐다. 연구팀은 현재는 연구개발 초기 단계라며, 2032년 실용화를 예상했다.

연구팀은 “저렴한 MoS₂ 소재를 활용해 기존 귀금속 기반 전고체 전지의 한계를 극복한 점에서 의미 있는 기술”이라고 말했고, 화학연 이영국 원장은 “다양한 응용 분야에서 전고체 전지 상용화를 앞당길 수 있는 차세대 핵심기술이 될 것으로 기대한다”라고 밝혔다.

이번 연구는 화학연 기본사업 및 과학기술정보통신부 한국연구재단 과학기술분야 기초연구지원사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 2025년 4월 재료과학 분야 국제 학술지 ‘Nano-Micro Letters’에 게재됐다.

[Ceramic Korea (세라믹뉴스)=이광호 ]