우리 연구진이 12분 고속충전으로 최대 800㎞를 주행할 수 있는 리튬메탈전지 기술을 개발했어요. 지금까지 리튬메탈전지 최고 기술은 1번 충전으로 최대 600㎞ 가량을 주행할 수 있었죠.
기술개발 성공의 비결은 풀지 못한 숙제로 남아있던 '덴드라이트' 문제를 우리 연구진이 해결했기 때문이예요.
덴드라이트는 배터리를 충전할 때 음극 표면에 만들어지는 나뭇가지 모양 리튬 결정체를 말해요. 이 현상은 배터리를 급속 충전할 때 더욱 심각하게 발생하며, 전지 안에서 단락을 일으키게 돼요. 단락은 양극이 저항체를 거치지 않고 직접 연결돼 저항이 매우 낮아지거나 없어진 상태를 의미하며, 이로 인해 매우 큰 전류가 순간적으로 흐르면서 과열, 화재, 폭발 등 유발할 수 있죠.
이런 이유 때문에 급속 충전 조건에서 여러번 충전이 가능한 리튬메탈전지 기술은 구현하기가 매우 어려웠죠.
한국과학기술원(KAIST) 김희탁 생명화학공학과 교수와 LG에너지솔루션이 공동으로 진행하는 프론티어 연구소(FRL) 연구팀은 리튬메탈전지 성능을 획기적으로 늘릴 수 있는 '응집 억제형 신규 액체 전해액' 원천기술을 개발했다고 4일 밝혔어요.
리튬메탈전지는 리튬이온 전지 핵심 재료 중 하나인 흑연 음극을 리튬메탈로 대체한 전지예요. 그러다보니 여전히 전지 수명·안정성 확보를 어렵게 하는 덴드라이트 기술 문제로 곤란을 겪어왔어요.
이번에 연구팀이 개발한 신규 액체 전해액은 리튬이온(Li⁺)과 결합력이 약한 음이온 구조를 활용해 리튬 계면 상 불균일성을 최소화하며, 급속 충전 시에도 덴드라이트 성장을 효과적으로 억제해요.
높은 에너지밀도를 유지하면서도, 기존 리튬메탈전지에서 한계로 지적되던 느린 충전 속도를 극복했어요. 긴 주행거리가 보장되면서 급속 충전에서도 안정적인 작동이 가능하죠.
김제영 LG에너지솔루션 CTO(전무)는 “LG에너지솔루션과 KAIST가 FRL을 통해 이어온 지난 4년간의 협력이 유의미한 성과를 창출하고 있다”며 “앞으로도 산학 협력을 더욱 강화해 기술적인 난제를 해결하고 차세대 배터리의 분야에서도 최고의 성과를 창출해 나가겠다”고 말했어요.
김희탁 교수는 “이번 연구는 계면 구조에 대한 이해를 통해 리튬메탈전지의 기술적 난제를 돌파하는 핵심 토대가 됐고 리튬메탈전지가 전기차에 도입되기 위한 가장 큰 장벽을 넘어섰다”고 평가했어요.
최정훈 기자 jhchoi@etnews.com