액정고분자 분리막, 리튬금속배터리 덴드라이트 급속충전에서도 억제

KAIST 화학과 윤동기·변혜령 교수 연구팀이 액정 고분자의 분자 배열을 제어해 리튬이온 이동 경로를 조절하는 분리막 기술을 개발했다. 19nm 세공을 가진 다공성 액정 고분자에 폴리에틸렌글리콜(PEG) 사슬을 도입하고 분자를 수직으로 배열한 결과, 수평 배열 대비 이온 이동 경로 굴곡도가 약 2.5배 낮아져 리튬이온이 더 빠르고 균일하게 이동하며 덴드라이트 형성이 억제됐다. 이 분리막을 리튬금속배터리에 적용해 15분 내 충전이 가능한 4C 급속 충전 조건에서 충방전을 100회 반복한 뒤에도 초기 용량의 94%를 유지했다. 연구 결과는 국제 학술지 ACS Nano에 게재됐다.

핵심

1. 액정 고분자 분자를 수직으로 배열해 리튬이온이 전극 방향으로 곧게 이동하는 통로를 형성, 이온 이동 경로 굴곡도를 약 2.5배 낮췄다
2. 19nm 세공의 다공성 액정 고분자 분리막에 PEG 사슬을 도입해 리튬이온 이동을 돕고 덴드라이트 형성을 억제했다
3. 4C 급속 충전 조건에서 100회 충방전 후에도 초기 용량의 94%를 유지했다
4. 연구 결과는 ACS Nano에 게재됐다