입력 2026.07.16 11:24
- 국내 연구진과 UT Austin·UCLA 등 한미 배터리 석학 50여 명 참여
- 과기정통부·한국연구재단 이차전지 국제공동연구 사업 주요 성과, 국제학술지 ACS Nano 게재
연세대학교(총장 윤동섭) 신소재공학과 이홍경 교수는 UNIST 이현욱 교수 연구팀이 주도한 국제공동연구에 참여해 차세대 리튬금속전지 메가 리뷰 논문을 국제학술지 ACS Nano에 게재했다. 해당 논문은 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 이차전지 국제공동연구 사업의 주요 성과로, 게재와 함께 ‘ACS Editors’ Choice’에 선정되는 쾌거를 거뒀다.
이번 논문은 미국 UT Austin, UCLA 연구진이 함께 참여한 초국적 공동 연구의 결과물로, 한미 양국의 배터리 연구진 50여 명이 참여해 리튬금속전지 분야의 핵심 난제와 미래 전략을 하나의 체계로 정립했다.
리튬금속전지는 기존 흑연 음극을 리튬금속으로 대체해 에너지 밀도를 극대화한 차세대 전지로, 전기차(EV)뿐만 아니라 도심항공모빌리티(UAM), 항공우주 등 미래 모빌리티의 게임 체인저로 주목받고 있다. 그러나 충·방전 과정에서 리튬이 불균일하게 자라나는 현상과 전해질과의 부반응으로 인해 '비활성 리튬(Dead Lithium)'이 생성되어 전지 수명이 급격히 저하되는 고질적인 계면 불안정성이 실용화의 최대 걸림돌이었다.
별도의 리튬 음극 없이 양극에서 공급되는 제한된 리튬만으로 구동하는 ‘무음극(Anode-free) 리튬금속전지’의 경우, 아주 미세한 리튬 손실도 치명적인 수명 단축으로 이어진다. 따라서 단순히 리튬을 균일하게 쌓는(전착) 기술을 넘어, 사용된 리튬을 얼마나 완전하게 회수하고 손실을 보상할 것인가에 대한 통합적 시스템 관리가 필수적이다.
공동연구팀은 이번 논문을 통해 이 문제를 ‘리튬 인벤토리(Lithium Inventory, 리튬 재고) 관리’라는 새로운 관점에서 재정의했다. 연구팀은 100% 리튬 활용을 목표로 하는 3대 핵심 축을 제시하며, 학계의 연구 패러다임을 기존 ‘균일 리튬 전착(plating)’ 중심에서 ‘전착-탈착-회수-보상’의 전주기 사이클로 확장했다.
더불어 연구팀은 손실된 리튬을 전지 스스로 회수·보상하여 내부 리튬 재고를 폐루프(Closed-loop) 형태로 유지하는 ‘자기회복형(Self-recovering) 무음극 리튬금속전지’의 개념을 제안했다. 이는 향후 꿈의 기술로 불리는 ‘1,000 Wh/L급 초고에너지밀도 전지’ 구현을 위한 이정표가 될 것으로 평가받고 있다.
이번 성과는 정부가 기획하고 지원해 온 이차전지 국제공동연구 사업이 한국 주도의 글로벌 연구 플랫폼으로서 성공적으로 안착했음을 입증한 사례다. 한미 양국의 최고 수준 연구자들은 긴밀한 협력을 통해 차세대 배터리의 핵심 난제를 공동 정의하고 솔루션을 제시하며 글로벌 학술 리더십을 확고히 했다.
본 과제의 연구 책임자인 UNIST 이현욱 교수는 “이번 ACS Nano 메가 리뷰는 국내외 배터리 연구자들이 하나의 문제의식 아래 결집해 이뤄낸 값진 결실”이라며, “무음극 리튬금속전지 실용화를 위한 핵심 난제를 ‘리튬 인벤토리 관리’ 관점에서 재정의했다는 점에서 의미가 크다”고 밝혔다.
공동연구에 참여한 연세대 이홍경 교수는 “이번 연구를 계기로 한미 연구자 간 지속적인 협력을 공고히 하고, 차세대 이차전지 분야에서 대한민국의 글로벌 리더십을 확장하는 계기가 되기를 기대한다”고 말했다. KAIST 김일두 교수는 “리튬 손실 문제를 전지 시스템 전체의 관점에서 정리하고 구체적인 연구 방향을 제시했다는 점에서 학술적·산업적 의미가 크다”고 덧붙였다.
특히 이번 논문 「Targeting 100% Lithium Utilization in Lithium Metal Batteries」는 ACS Nano 게재에 더해 ACS 전체 학술지에 발표된 논문 가운데 매일 단 한 편만 선정되는 ‘ACS Editors’ Choice’에 이름을 올렸다. ACS는 폭넓은 대중적 관심을 불러일으킬 잠재력과 학문적 파급력을 높이 평가해 해당 논문을 선정했다고 전했다.