경상국립대학교는 리튬 금속 전지의 핵심 문제인 덴드라이트 성장을 억제할 수 있는 새로운 음극 기술을 개발했다고 밝혔다.

김주형 경상국립대 교수와 이윤기 교수, 류경희 교수로 구성된 공동 연구팀은 3차원 니켈 구조체에 산소화 계면을 적용한 음극을 제작해 리튬 금속 전지의 성능을 대폭 향상시켰다. 연구팀은 대학원 나노신소재융합공학과 및 공과대학 나노·신소재공학부에 소속돼 있다.

이번에 개발된 기술의 핵심은 다공성 니켈 구조체와 산소화된 표면의 결합이다. 다공성 구조는 리튬이 전극 내부 전체에 걸쳐 균등하게 침착되도록 유도하며, 산소화된 표면은 리튬 친화성(lithiophilicity)을 강화해 문제가 되는 덴드라이트 형성을 막는다.

차세대 에너지 저장 장치 소재로 각광받는 리튬 금속은 높은 이론 용량과 낮은 전위라는 장점을 갖고 있다. 하지만 실제 사용 시 발생하는 덴드라이트 성장이 내부 단락과 화재, 폭발 등의 안전 문제를 불러 상용화에 어려움을 겪어왔다.

새로운 음극 구조체는 균일한 리튬 이온 분포를 실현하면서 동시에 전극의 기계적 안정성도 개선했다. 이를 통해 장기간 사이클링 환경에서도 일정한 성능을 유지할 수 있게 됐다.

연구팀이 강조한 것은 이 기술의 확장성(scalability)이다. 소규모 실험실 차원을 벗어나 대면적 전극 생산에도 동일하게 적용할 수 있어 리튬 금속 전지의 실용화와 상용화를 앞당길 것으로 예상된다.

연구 결과는 이차전지 소재 분야의 권위 있는 학술지인 '저널 오브 에너지 케미스트리(Journal of Energy Chemistry)'에 게재됐다. 이 저널은 I.F. 14.9, JCR Rank 상위 2.0%에 해당하는 우수 SCIE 학술지로 엘스비어(Elsevier)에서 발행한다.

이번 연구는 2025년도 산업통상자원부 산업혁신인재성장지원사업과 2022년도 한국연구재단 신진연구지원사업의 지원으로 수행됐다. 김주형 교수팀의 이상준 박사과정과 이동박 연구원이 공동1저자로 참여했다.