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응용화학과 석사과정 김정환 연구원은 한국세라믹기술원 최정현 박사 연구팀과 공동연구를 통해 차세대 탄소나노튜브 집전체를 활용하여 리튬이온 증착 메커니즘을 규명하였다.

전기자동차 시장이 확대됨에 따라 에너지 공급원으로서 고성능 에너지 저장장치인 리튬 금속 배터리가 주목받고 있다. 하지만 반복적인 충방전 시, 리튬이온이 불균일하게 증착되어 뾰족하게 성장하는 덴드라이트 때문에 배터리의 수명이 빠르게 단축되는 문제가 발생한다.

김정환 연구원은 기존의 금속기반의 집전체 대신, 삼차원 구조를 가지는 탄소나노튜브 필름을 집전체로 활용함으로써, 리튬 금속 배터리의 안정성을 대폭 향상시켰다. 또한 집전체를 구성하는 탄소나노튜브의 미세구조가 미치는 리튬의 증착/탈착 영향에 관하여 새로운 메커니즘을 규명하였다. 해당 연구는 리튬 금속 배터리의 상용화를 앞당길 수 있는 집전체 개발의 새로운 발판을 마련했다.

지도교수인 김주현 교수는 “집전체 내의 탄소나노튜브의 미세구조가 리튬 증착에 영향을 줄 수 있다는 것을 실험적으로 입증하였다. 해당 연구는 고성능/고안정성 리튬 메탈 배터리 개발을 위한 새로운 접근법을 제시한다는 점에서 큰 의미가 있다” 라고 밝혔다.

본 연구는 과학기술정보통신부의 BRIDGE융합연구개발사업의 지원으로 수행되었으며, 재료분야 국제저명 학술지인 ‘카본 (Carbon)’지에 2023년 1월 25일자로 게재된다.