고체 전해질 덴드라이트 관통 원인, 정수압에 의한 취성 파괴로 규명

이번 달에는 고체 전해질에서 덴드라이트가 관통하는 원인을 새롭게 밝힌 연구가 나왔습니다.

덴드라이트 관통 원인: 취성 파괴

막스플랑크 연구소가 Nature에 발표한 연구에 따르면, 고체 전해질의 덴드라이트 관통은 분리막을 통한 전자 누설이 아니라 국부적으로 쌓인 정수압에 의한 취성 파괴로 일어납니다. 리튬이 불균일하게 석출되면 그 부분에 응력이 집중되고, 결국 전해질이 깨지는 구조입니다.

이에 따라 덴드라이트 문제는 전기화학뿐 아니라 기계적 관점에서도 다뤄야 하는 과제가 됐습니다. 불균일한 석출 지점에 응력이 모이는 만큼, 초기 핵생성을 균일하게 만드는 것이 근본적인 해결 방법이 될 수 있습니다.

Advanced Materials에 실린 후속 연구는 이 관계를 정량적으로 분석했습니다. 무음극 파우치셀에서 에너지 밀도를 높일수록 내부 응력도 함께 커지며, 연구진은 셀 설계 단계에서 응력을 흡수하는 공간 적응형 버퍼 구조를 해법으로 제시했습니다. 이 분야에서 보고된 최고 부피 에너지 밀도는 1,270 Wh/L입니다.

팩 단위 실증

Sion Power는 자사 셀을 탑재한 Astro Max UAV 비행 시험에서 리튬이온 대비 팩 기준 140% 에너지 밀도 향상을 보고했습니다. 체공 시간은 33분에서 1시간으로 늘었고, 기존 폼팩터를 그대로 사용했습니다. 코인셀 데이터가 아니라 실제 기체에서 얻은 팩 단위 결과라는 점에서 의미가 있습니다.

QuantumScape는 Honda R&D와 다년간의 공동연구 협약을 체결했습니다. 폭스바겐에 이은 두 번째 글로벌 완성차 파트너로, 기술 평가와 경쟁사 벤치마킹을 거친 뒤 맺은 계약입니다. 업계 전반에서 기술 평가가 공동개발로 이어지는 사례가 늘고 있습니다.

중국 전고체 국가표준 시행

세계 최초의 전고체 배터리 국가표준이 7월 1일부터 시행됐습니다. 액체 전해질 질량비를 기준으로 셀을 분류하며, 반고체 제품을 전고체로 홍보하는 것을 막는 효과가 있습니다. 전고체를 내세워 온 여러 기업의 제품 분류에도 영향을 줄 것으로 보입니다.

FLUX의 관점

덴드라이트 관통이 기계적 파괴로 일어난다면, 증착 균일도는 기계적 신뢰성과 직결되는 사양입니다. 두께가 일정한 막에는 응력이 집중될 지점이 적고, 파괴의 시작점이 되는 미세 공극과 불순물도 공정 단계에서 줄일 수 있습니다.