배터리의 전해질은 유기 용매에 리튬염이 녹아 있는 형태다. 리튬이온이 이 전해질을 통과해 음극과 양극을 오가며 배터리 충방전이 일어나게 된다. 상용 용매인 에틸렌 카보네이트는 어는점이 37℃라서, 상온(약 25℃)에서는 얼음 상태다. 통상적으로는 어는점을 낮추는 다른 물질과 섞어서 쓰는데, 이번 실험에서는 리튬염만 소량 첨가해 얼음상태를 유지하게 설계했다. 실험 결과, 이 얼음 전해질의 이온 전도도는 약 0.64㎳/㎝, 리튬 이온 전달수는 0.8을 기록했다. 이는 별도로 개발된 고체 전해질과 유사한 수치다.
또 이 전해질을 리튬금속배터리에 적용했을 때, 상온에서 400회 이상 충·방전을 반복해도 내부 단락 없이 안정적으로 작동했다. 리튬금속배터리는 상용 배터리보다 최대 50% 더 많은 전기를 저장할 수 있는 차세대 배터리지만, 음극인 리튬금속과 액체 전해질 간의 반응성이 큰 탓에 상용화를 위해서는 별도 고체 전해질 개발이 필수로 여겨지는 배터리다. 연구팀은 얼음 전해질이 고체 전해질 수준의 리튬 이온 성능과 배터리 작동 성능을 보이는 이유도 밝혀냈다. 이다예기자 ties@ksilbo.co.kr
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