[단독] 조원일 박사팀 리튬금속 코팅기술 개발

▲왼쪽 조원일 박사 오른쪽 김문석 연구원. 사진=안희민.

[에너지경제신문 안희민 기자] 조원일 KIST 박사 연구팀 주도로 차세대 전지의 성능을 한 단계 끌어올릴 리듐금속 코팅 기술을 개발했다. 차세대 전지는 현용 리튬전지보다 에너지밀도가 5배 이상 높지만 수명 등 성능이 모자라 상용화는 요원했다. 하지만 코팅 전 리튬금속 수명은 40~70사이클 수준이나 코팅 후 200사이클로 향상됐고, 과도한 충전으로 발화하는 위험성도 감소돼 차세대 전지 상용화가 코앞으로 다가왔다. 

19일 KIST 등 소식통에 따르면 조원일 KIST 에너지융합연구단 신전지그룹(이하 조박사팀)은 김희탁 카이스트 교수, 유명현 한밭대 교수와 함께 차세대 전지 음극재에 사용되는 리튬금속을 코팅하는 기술을 개발했다. 리튬금속은 차세대 전지인 리튬황, 리튬메탈전지의 음극재에 사용된다. 리튬금속은 기존에 음극재로 쓰인 흑연 등 탄소보다 성능이 높지만 불안정한 리튬의 특성 때문에 성능 개량의 필요성이 제기돼 왔다.

조박사팀은 다양한 나노물질들을 리튬 표면에 손쉽게 코팅 가능한 기술을 개발했다. 특히 10개 이상 나노물질을 리튬 표면 코팅에 성공한 것으로 알려졌다. 리튬금속 코팅 기술 개발은 차세대 전지의 성능과 안전성을 한층 강화할 전망이다. 코팅 전 리튬금속의 수명은 40~70사이클 수준이나 코팅 후 200사이클로 향상된 것으로 알려졌다. 또한 리튬이 과도한 충전으로 발화하는 위험성도 줄이고, 기존 방법보다 저렴해 경제성도 확보했다는 평가다.

차세대 전지는 현용 리튬전지보다 에너지밀도가 5배 이상 높지만 수명 등 성능이 모자라 상용화엔 요원했다. 이번 연구는 차세대 전지의 요구성능을 충족시켜 궁극적으로 상용화를 앞당길 전망이다. 조 박사팀의 김문석 연구원은 "음극으로 사용된 리튬금속 성능 개량은 리튬메탈전지, 리튬황전지의 성능 향상을 위한 관문"이라며 "코팅 기술을 적용해 사업 목표 달성에 기여할 수 있어 기쁘다"고 말했다.

리튬금속 코팅기술 개발은 KIST 고유사업과 미래창조과학부 무인이동체 사업단의 리튬금속전지 개발사업의 일환이다. KIST는 자체적으로 리튬황전지와 리튬메탈전지 개발을 진행 중이다. 미래부는 드론의 성능을 향상시키기 위해 성능이 향상된 전지 개발에 나서고 있다. 이번 코팅 기술 개발이 두 기관의 사업 목표 달성 시기를 앞당길 것으로 기대받고 있다.

특히 조 박사팀은 리튬황 전지의 양극, 음극, 분리막 성능을 높이는 연구를 진행 중인데 분리막 연구에 이어 이번 음극재 코팅 기술 개발을 성공시켜 목표 달성에 한 발자국 다가섰다. 최근 항우연 등이 개발한 태양광발전 비행기가 몸체는 개발이 완료됐지만 걸맞은 전지가 없어 무용지물이란 비판을 받고 있는데 이번 연구 성과로 요구 성능이 충족된 전지 개발 확보 시기가 앞당겨질 전망이다.

현재 차세대 전지 개발은 글로벌 전지업계의 이슈다. 매년 1000만달러씩 5년간 미국 오바마 정부가 지원하는 ‘배터리 500’ 사업의 핵심이 리튬메탈전지이며, KIST는 물론 민간기업인 LG화학도 리튬황전지 개발을 진행하고 있다고 한다. 일본도 신재생에너지기구(NEDO)에서 리튬황 전지 등 차세대 전지를 개발하고 있는 것으로 알려졌다.

조원일 박사는 "생즉사, 사즉생이란 말처럼 리튬황전지, 리튬메탈전지는 개발이 어렵다"며 "마지막 남은 연구혼을 불태우는 기회로 삼겠다"고 말했다. 조원일 박사는 2006~2007년 산업부의 차세대전지생산사업단에서 총괄 기술간사로 초청받아 잠시 외부에서 근무한 적 이외에는 KIST에서 연구를 진행해 왔다. 올해 한국전기화학학회에서 수여하는 학술상 수상자로 선정됐다.