인더뉴스 제해영 기자ㅣ부산대학교(총장 최재원)는 첨단융합학부 미래에너지전공 박민준 교수와 광메카트로닉스공학과 김규정 교수 연구팀이 차세대 전기차와 스마트기기 배터리의 핵심 기술로 꼽히는 ‘흑연을 대체할 리튬 금속 음극’을 대면적·초박막으로 제조하는 데 성공했다고 10일 밝혔습니다.

이번 연구는 리튬 금속의 안정성과 효율을 동시에 높이면서도 제조비용을 절감할 수 있는 새로운 접근법으로 평가받고 있습니다.

연구팀은 금속 구리판에 질화규소(Si₃N₄) 박막을 입힌 뒤 300℃의 용융 리튬(Li) 속에 담그는 ‘딥코팅(dip-coating)’ 방식을 적용했습니다. 질화규소 코팅층은 리튬이 표면에 고르게 퍼질 수 있도록 돕고, 이 과정에서 리튬-실리콘(LixSiy)과 리튬-질소(LixNy) 합금층이 형성돼 전극의 안정성과 전도성을 높였습니다.

그 결과, 리튬이 뿌리처럼 자라는 ‘덴드라이트’ 현상이 억제돼 충·방전 2000시간 이상 안정적인 작동을 구현했습니다. 새로 개발된 전극은 두께가 20~40마이크로미터(㎛)로 종이보다 얇고 머리카락 굵기의 절반 수준이지만, 기존 압연 방식으로는 구현이 어려웠던 대면적(100㎠) 제조에 성공했습니다.

이는 상용화 단계에서 생산성을 대폭 높일 수 있음을 의미합니다. 연구팀은 이번 공정을 통해 제조비용을 기존 대비 20~30% 절감하고, 기존 흑연 음극보다 에너지 밀도를 40~60% 향상시키는 동시에 이산화탄소 배출량까지 줄였다고 설명했습니다.

탄소중립과 친환경 가치 실현 측면에서도 의미 있는 성과로 평가됩니다. 연구성과는 국제 학술지 'Energy & Environmental Materials' 10월호에 게재됐으며, 논문 제목은 ‘Gradient-Engineered Ultra-Thin Lithium Metal Anodes with a Li-Si-N Alloy-Based Lithiophilic Current Collector Interphase’입니다.

공동 연구에는 부경대학교 오필건 교수와 한국전기연구원 박준우 박사가 참여했습니다. 본 연구는 부산대 지역혁신중심 대학지원체계(RISE)와 한국연구재단 ‘브레인링크(BrainLink)’ 사업의 지원을 받아 수행됐습니다.

박민준 교수는 “이번 기술은 부산대 교원창업기업 ㈜넥스트배터리의 상용화 비전과도 맞닿아 있으며, 향후 5년 내 전기차·UAM·우주·국방 등 전략 산업 분야로 빠르게 확장될 것”이라고 강조했습니다.