미국의 라이스대학(Rice University)에 따르면 탄소 나노 튜브 필름을 이용해 일반적인 고전력, 급속 충전 리튬 금속배터리의 문제점을 해결했다. 리튬 금속배터리는 리튬 이온배터리의 대체품으로 사용되고 있다.

리튬 금속배터리는 훨씬 더 빨리 충전되며 휴대 전화 및 전기자동차를 포함해 거의 모든 전자장치에서 발견되는 리튬 이온 전극보다 약 10배 많은 에너지를 보유하는 것으로 알려져 있다.

그러나 시간이 지남에 따라 촉수 같은 수상돌기가(dendrite) 배터리의 전해질 코어를 관통 후 캐소드(Cathode)에 도달해 배터리의 고장을 야기할 수 있다는 문제점을 갖고 있었다. 이러한 문제점으로 인해 상업용 응용 분야에서 리튬 금속의 사용이 자제되어 왔었다.

연구팀은 얇은 나노 튜브 필름이 배터리의 비보호된 리튬 금속 애노드로부터 자연적으로 자라는 수상돌기를 효과적으로 차단할 수 있다는 것을 발견했다.

다중벽 탄소 나노 튜브 필름으로 리튬 금속 포일을 코팅하고, 리튬은 검은색에서 빨간색으로 바뀌는 나노 튜브 막을 도핑해 차례로 리튬 이온을 확산시킨다.

배터리가 사용 중일 때, 탄소 나노 튜브 필름은 저장된 이온을 방출하고 밑에 있는 리튬 양극이 그것을 다시 채워 수상돌기의 성장(dendrite growth)을 막을 수 있는 필름의 기능을 유지하게 된다.

연구팀은 전체 리튬 금속전지가 전기화학시스템 내에서 전자가 얼마나 잘 움직이는지의 측정인 쿨롱 효율을 측정한 결과 99.8 %를 유지하는 것으로 확인했다. 

▲ US-RiceUniversity-CarbonNanotube-homepage

▲라이스대학의 연구원인 James Tour, Gladys López-Silva, Rodrigo Salvatierra(출처 : 홈페이지)