리튬금속 음극의 도입은 기존 리튬이온전지의 용량을 개선할 수 있는 가장 명확한 방법이지만, 배터리 충방전 시 리튬금속-전해질 계면에서 금속이온의 불균일한 전착/용출에 기인한 고질적인 덴드라이트 형성 문제가 존재합니다. 음극에서 덴드라이트가 계속 자라나며 분리막을 뚫고 양극에 닿으면 전지의 단락, 열 발생 및 화재를 유발하고, 방전 시 불균일한 용출을 유도, 데드(dead) 리튬이 전극에서 떨어져 나와 영구적인 전지용량감소를 일으킬 수 있습니다.

이러한 덴드라이트의 형성/발달을 억제하고 전지의 안정성 및 수명을 향상시키기 위하여 i) 전기화학적으로 전극, 전해질, 고체-전해질 계면 등을 제어하여 균일한 리튬이온 전달을 꾀하거나, ii) 강도가 높은 분리막 혹은 전극에 면압(axial surface pressure)을 인가하여 연성이 높은 리튬금속을 직접 기계적으로 압착하는 등 다양한 방법들이 경쟁적으로 개발되었습니다. 하지만 여전히 고전류 충방전 조건(> 4 mA/cm²)에서는 덴드라이트를 충분히 억제하지 못하여, 상용화를 위한 일반적인 기준 성능(> 80% capacity retention, 1000 cycle)을 달성하지 못하고 있습니다.

저희는 기존 기술의 한계를 극복하기 위하여 덴드라이트의 형성/발달을 지연하는 기존 개념에서 벗어나, 금속전극 및 덴드라이트 주변의 전해질 유압(hydrostatic pressure)을 제어하여 그 형상을 변형시킬 수 있는 새로운 개념의 덴드라이트 제어 기술을 개발하고자 합니다. 이러한 유압제어기반 덴드라이트 메타모핑 기술은, 단순한 면압기반 덴드라이트 압착 개념에서 한 단계 더 나아가, 필연적으로 발생할 수 밖에 없는 덴드라이트의 형상을 변형시킬 수 있는 세계 최초의 기술로, 추후 다양한 금속 전지(Li, Na 등)는 물론, 액체가 부분적으로 도입되는 반고체/전고체 전지까지 적용가능한 핵심 기술이 될 것으로 기대됩니다.