차세대 배터리 관련 뉴스를 보다 보면, ‘덴드라이트’라는 용어를 한 번쯤 접해 보셨을 텐데요. 덴드라이트는 차세대 배터리 개발 산업에서 중요한 이슈로 언급되고 있습니다. 과연 덴드라이트는 무엇이며, 배터리에 어떠한 영향을 주는지 자세히 알아보겠습니다.
‘덴드라이트’란?
리튬이온배터리를 사용하다 보면 충전하는 과정에서 음극 표면에 뾰족한 나뭇가지 모양의 결정체가 자라는 경우가 있습니다. 전극 표면에 리튬 결정이 맺히고, 이것이 사방으로 자라며 점점 쌓이는 것인데요. 이 리튬 결정체를 뾰족한 돌기 모양을 닮았다 하여, ‘수상돌기’’를 뜻하는 ‘덴드라이트(Dendrite)’라고 부릅니다. 다른 용어로는 ‘수지상 결정’이라고도 합니다.
덴드라이트가 리튬이온배터리에 미치는 영향
덴드라이트 현상은 리튬이온배터리의 수명과 안전성을 떨어뜨리는 주요 원인으로 꼽히고 있습니다. 배터리 내부의 전극 표면에 덴드라이트가 형성되기 시작하면 양극과 음극을 활발히 오가야 하는 리튬이온의 이동이 원활하지 못하게 되어, 배터리의 에너지 효율이 떨어지고, 수명 저하로 이어질 수 있습니다.
또한, 덴드라이트가 자라나며 그 크기가 계속 커질 경우 배터리의 핵심 소재인 ‘분리막’까지 손상될 수 있습니다. 분리막은 절연 소재로 이루어진 얇은 막으로, 양극과 음극이 서로 만나지 못하도록 차단하는 역할을 하고 있는데요. 분리막이 손상되면, 양극과 음극이 직접 맞닿게 되면서 내부 단락을 일으키고 저항이 생길 수 있습니다.
따라서 덴드라이트 현상을 해결하는 것은 차세대 배터리 산업에서 단연 중요한 과제입니다.
이에 LG에너지솔루션은 덴드라이트를 억제할 수 있는 방안을 연구하며, 차세대 배터리로 주목받고 있는 ‘리튬황 배터리’와 ‘전고체 배터리’ 개발에 전념하고 있습니다. 특히, 리튬황 배터리는 음극재에 리튬 금속을 사용하여 리튬이온배터리보다 에너지 밀도가 높은 특징이 있습니다.
이 외에도, 미국 미시간대 연구진이 ‘케블라 섬유’를 통해 덴드라이트의 성장을 억제할 수 있다는 연구 결과를 얻으면서 덴드라이트 문제 해결을 위한 업계의 노력이 더욱 커지고 있습니다.