LG에너지솔루션과 한국과학기술원(KAIST) 공동 연구팀은 차세대 배터리로 주목받고 있는 ‘리튬메탈전지(Lithium metal battery)’의 성능을 획기적으로 늘릴 수 있는 기술 개발에 성공했다고 7일 밝혔다.
연구팀에 따르면, 이번 발표한 기술은 리튬이온전지 대비 주행거리를 약 50% 늘리고, 충·방전 효율 및 수명 또한 대폭 개선할 수 있다. 해당 연구는 과학 학술지 ‘네이처 에너지(Nature Energy)’에 게재됐다.
리튬메탈전지는 기존 흑연계 음극재를 리튬메탈로 대체하면서 기존 리튬이온전지보다 음극재의 무게와 부피를 크게 줄일 수 있는 특징이 있다. 에너지 밀도와 주행거리를 대폭 향상할 수 있어 대표적 차세대 배터리 중 하나로 꼽힌다. 그러나 음극 표면에 리튬 결정체가 쌓이고 부식이 발생해 배터리의 수명과 안전성을 위협하는 한계로 지적돼 왔다.
공동 연구팀은 이런 문제를 해결하기 위해 ‘붕산염-피란(borate-pyran) 기반 액체 전해액’을 세계 최초로 적용했다. 해당 전해액은 충·방전 시 리튬메탈 음극 표면에 형성되는 수 나노미터 두께의 고체 전해질 층(SEI)을 치밀한 구조로 재구성해 전해액과 리튬메탈 음극 간의 부식 반응을 차단하는 역할을 한다.
이를 통해 리튬메탈전지의 충·방전 효율을 향상하고 1회 충전에 900km 주행이 가능할 만큼 에너지밀도를 높일 수 있다. 기존 고성능 전기차에 적용되는 리튬이온전지의 주행거리 약 600km보다 50% 높은 수준이다.
400회 이상 재충전이 가능할 만큼 수명 안정성 확보도 가능하다. 전고체전지와는 달리 구동 시 높은 온도와 압력이 요구되지 않아 전기차의 주행거리를 높이기 위한 간소화된 전지 시스템 설계도 가능하다.
정근창 LG에너지솔루션 미래기술센터장(부사장)은 “KAIST와 함께 액체 전해액을 사용하는 리튬메탈전지의 대표적인 난제를 해결해 상용화에 한 걸음 더 다가설 수 있게 됐다는 데 의의가 있다”고 말했다.
김희탁 KAIST 생명공학과 교수는 “이번 연구는 지금까지 실현 불가능하다고 여겨진 액체 전해액을 기반으로 하는 리튬메탈전지의 구현 가능성을 가시화한 연구”라고 밝혔다. [김성태 마켓뉴스 기자]
