KAIST와 공동연구 ‘네이처 에너지’에 연구성과 게재
[이투뉴스] LG에너지솔루션은 KAIST와 리튬메탈전지(Lithium metal battery) 성능을 획기적으로 늘릴 수 있는 원천기술을 개발해 세계적인 과학 학술지 <네이처 에너지(Nature Energy)>에 게재했다고 7일 밝혔다.
공동 연구팀에 따르면 LG에너지솔루션과 KAIST는 차세대 리튬메탈전지 관련 원천기술 개발을 위해 2021년 공동연구센터(Frontier Research Laboratory)를 설립한 후 2년여에 걸쳐 관련 연구를 수행해 왔다.
리튬메탈전지는 기존 흑연계 음극재를 리튬메탈로 대체해 기존 리튬이온전지보다 음극재의 무게와 부피를 크게 줄일 수 있고, 이를 통해 에너지밀도와 주행거리를 대폭 향상할 수 있다.
하지만 기존 리튬메탈전지의 경우 음극 표면에 발생하는 덴드라이트(Dendrite, 리튬전착)와 액체 전해액에 의한 지속적인 부식이 배터리의 수명과 안전을 위협하는 한계로 작용해 왔다.
연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 붕산염-피란(borate-pyran)기반의 액체 전해액을 처음으로 적용했다. 이 전해액은 충·방전시 리튬메탈 음극 표면에 형성되는 수나노미터 두께의 고체 전해질층을 치밀한 구조로 재구성해 전해액과 리튬메탈 음극간의 부식 반응을 차단하는 역할을 한다.
이를 통해 1회 충전으로 900km 주행이 가능할 만큼 에너지밀도를 높였고, 400회 이상 재충전이 가능할 만큼 기존보다 수명과 안정성도 개선했다.
특히 이번 연구에서 구현한 리튬메탈전지는 전고체전지와 달리 구동 시 높은 온도와 압력을 필요로하지 않아 간소화된 전지 시스템 설계가 가능하다.
정근창 LG에너지솔루션 미래기술센터장은 “KAIST와 액체 전해액을 사용하는 리튬메탈전지의 대표적인 난제를 해결해 상용화에 한걸음 더 다가설 수 있게 됐다"며 “앞으로도 FRL과의 적극적인 협력을 통해 차세대 배터리 상용화를 앞당기겠다"고 말했다.
김희탁 KAIST 생명공학과 교수는 “지금까지 실현 불가능하다고 여겨진 액체 전해액을 기반으로 하는 리튬메탈전지의 구현 가능성을 가시화 한 연구”라고 평가했고, 연구논문 제1저자인 권혁진 박사과정은 "리튬금속 음극 계면의 나노스케일 제어를 통해 리튬메탈전지의 한계를 극복할 수 있음을 보였다”라고 말했다.
한편 FRL은 LG에너지솔루션이 국내외 유수 대학 및 기관들과 차세대 배터리 관련 연구개발(R&D) 과제를 수행하는 공동 연구센터다. LG에너지솔루션은 미국 샌디에이고 캘리포니아 대학(UCSD), 독일 뮌스턴 대학 및 헬름홀츠 연구소 등과도 FRL을 운영하고 있다.
이상복 기자 lsb@e2news.com