질화리튬의 다양한 기능에 대한 연구 논문 발표
SEI 무기물 역할 이해해야 금속배터리 상용화 기여

미국 스탠퍼드대 화학공학과 대학원에 재학 중인 김문석 박사생이 최근 질화리튬의 리튬금속 배터리 성능 향상에 관한 논문을 발표해 관심을 모으고 있다.

김문석 박사생은 최근 '리튬금속전지용 현탁 전해질을 통한 질화리튬의 다양한 기능에 대한 연구(Revealing the Multifunctions of Li 3 N in the Suspension Electrolyte for Lithium Metal Batteries)' 논문을 발표했다.

리튬금속배터리의  음극은 화학적 및 전기화학적으로 반응성이 높기 때문에 전해질 물질들이 음극 표면에서 부반응을 하게 된다. 이 과정에서 리튬금속 음극 표면에 고체-전해질 중간상(Solid-Electrolyte Interphases; SEI)이 필연적으로 생성된다.

음극에 형성되는 SEI는 리튬금속배터리의 전기화학적 성능을 결정한다. 특히 무기물이 풍부하고 유기물의 함량이 적은 SEI를 음극표면에 형성시키는 것이 고성능 리튬금속배터리를 개발하는 데 있어 핵심적인 부분 중 하나이다.

질화리튬(Li3N)은 고성능 리튬금속배터리 음극의 SEI에서 공통적으로 발견되는 무기물이다. 하지만 아직까지 SEI의 무기물이 수행하는 역할에 대한 일반적인 이해는 초기 단계이다.

SEI의 무기물들이 리튬금속배터리 성능에 큰 영향을 끼치는 만큼 무기물들의 역할에 대해 명확히 알아야만 더욱 안전하고 높은 성능을 지닌 리튬금속배터리와 이에 맞는 전해질을 개발할 수 있다.

이번 연구에서는 현탁 전해질(Suspension Electrolyte)을 활용해 리튬금속 음극에 대한 질화리튬의 기능적 메커니즘을 탐색했다.

김 박사생은 "이번 연구 결과를 통해 질화리튬이 어떻게 SEI와 리튬금속 전지의 성능을 향상시키는지 규명할 수 있게 됐다"며 "리튬금속배터리 음극의 SEI에는 다양한 무기물들이 존재하기에 각각의 무기물들에 대한 역할을 체계적으로 이해하는 것이 리튬금속배터리 개발과 상용화에 큰 기여를 할 것"이라고 설명했다.