프라운호퍼, 리튬-메탈 음극 수명 늘릴 비정질 탄소 중간층 연구
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프라운호퍼 IST와 프라운호퍼 USA 미드웨스트 센터가 리튬-메탈 음극의 계면을 안정화하는 LIMAC 프로젝트를 2025년 9월부터 진행 중이다. 얇은 비정질 탄소층을 레이저-아크 PVD로 구리 집전체에 입혀 셀 성능과 수명을 시험한다. 연구진은 아직 기초 연구 단계라고 밝혔다.
프라운호퍼 표면공학·박막연구소(IST)와 프라운호퍼 USA 미드웨스트 센터가 공동으로 LIMAC 프로젝트를 수행하고 있다. 프로젝트명은 '신뢰성 있는 리튬-메탈 배터리 셀을 위한 비정질 탄소 중간층'이라는 뜻으로, 2025년 9월 시작해 2028년 8월까지 이어질 예정이다. 목표는 셀에 들어 있는 리튬 자체를 활성 음극 소재로 쓰는 리튬-메탈 음극을 다듬어, 셀의 비용량을 더 끌어올리는 것이다.
연구진이 주목하는 지점은 리튬-메탈 음극과 (고체) 전해질이 맞닿는 계면이다. 이 계면의 안정성이 셀의 신뢰성과 내구성을 좌우한다고 보고, 얇은 비정질 탄소층을 끼워 넣어 계면을 붙잡아두는 방식을 택했다. 1단계에서는 레이저-아크 PVD 공정으로 구리 집전체 위에 이 탄소층을 증착한다. 연구진은 "코팅한 소재를 배터리 셀에서 시험해 기준 셀과 비교할 것"이라고 설명했다. 중간층의 어떤 특성이 가장 안정적인 계면을 만드는 데 결정적인지 가려내는 것이 이 단계의 과제다.
기술 성능만 보는 것은 아니다. 전과정평가(LCA)로 이 접근법의 소재·에너지 흐름과 환경 영향을 들여다보고, 동시에 더 큰 파우치 셀로 기술을 키우는 개념도 함께 만든다. 소재 개발과 셀 연구에 환경 평가, 양산 확대를 향한 초기 검토를 묶어 붙인 구성이다.
제조사 쪽에서 기대할 수 있는 효과는 분명하다. 더 강력하고 오래가는 리튬-메탈 배터리는 높은 에너지 밀도를 유지하면서 전기차 무게를 줄일 여지를 준다. 다만 LIMAC은 여전히 기초 연구 단계다.
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