[산경투데이 = 한승수 기자]
LG에너지솔루션과 한국과학기술원(KAIST) 공동 연구팀이 차세대 배터리로 주목받는 리튬메탈전지의 성능을 획기적으로 개선하는 기술을 개발했다.
연구팀은 기존 리튬이온전지 대비 주행거리를 약 50% 늘리고, 충·방전 효율 및 수명을 개선한 리튬메탈전지 기술을 개발했다. 연구 논문은 세계적인 과학 학술지인 '네이처 에너지'에 게재됐다.
이번 연구의 핵심은 리튬메탈전지 음극 표면에 발생하는 덴드라이트 현상과 액체 전해액에 의한 부식을 해결하는 것이다.
덴드라이트는 배터리 충전 과정에서 음극 표면에 리튬 결정체가 생기는 현상을 말한다. 덴드라이트가 음극 표면을 뚫고 전해액과 만나면 단락이 발생해 배터리가 폭발할 위험이 있다.
연구팀은 붕산염-피란 기반 액체 전해액을 리튬메탈전지에 적용했다. 해당 전해액은 충·방전 시 리튬메탈 음극 표면에 형성되는 나노미터 두께의 고체 전해질 층을 치밀한 구조로 재구성해 전해액과 리튬메탈 음극 간의 부식 반응을 차단하는 역할을 한다.
이를 통해 리튬메탈전지의 충·방전 효율을 높일 수 있고, 1회 충전에 900㎞ 주행이 가능할 만큼 에너지밀도도 향상했다. 기존 고성능 리튬이온전지 주행거리 약 600㎞보다 50% 높은 수준이다.
또 400회 이상 재충전이 가능할 만큼 수명 안정성이 높다. 연구에서 구현된 리튬메탈전지는 전고체전지와는 달리 구동 시 높은 온도와 압력이 요구되지 않아 간소화된 전지 시스템 설계가 가능하다.
이번 연구는 리튬메탈전지의 상용화를 위한 핵심 기술을 확보했다는 점에서 의미가 있다. 리튬메탈전지는 기존 리튬이온전지보다 에너지 밀도가 높고 주행거리를 늘릴 수 있어 차세대 배터리로 주목받고 있다.
그러나 덴드라이트 현상과 부식 문제로 인해 상용화가 쉽지 않았다. 이번 연구로 이러한 난제를 해결함으로써 리튬메탈전지의 상용화가 한층 앞당겨질 것으로 기대된다.
LG에너지솔루션 정근창 미래기술센터장은 "이번 연구를 통해 리튬메탈전지의 대표적인 난제를 해결해 상용화에 한 걸음 더 다가설 수 있게 되었다"라며 "앞으로도 FRL과의 적극적인 협력을 통해 차별화된 기술력을 바탕으로 차세대 배터리의 상용화에 앞장서 나가겠다"고 말했다.