LG에너지솔루션과 한국과학기술원(KAIST) 공동 연구팀이 차세대 배터리로 주목받는 리튬메탈전지 성능을 획기적으로 개선하는 기술을 개발하는 데 성공했다고 7일 밝혔다. 사진은 리튬 메탈 전지 비교 (사진=LG에너지솔루션)
LG에너지솔루션과 한국과학기술원(KAIST) 공동 연구팀이 차세대 배터리로 주목받는 리튬메탈전지 성능을 획기적으로 개선하는 기술을 개발하는 데 성공했다. 이를 통해 전기차 1회 충전 주행거리가 900㎞까지도 가능해질 전망이다.
LG에너지솔루션과 KAIST 공동 연구팀은 리튬메탈전지 원천기술 개발에 성공했다고 7일 밝혔다. 연구팀은 기존 리튬이온전지 대비 주행거리를 약 50% 늘리고, 충·방전 효율과 수명을 개선한 리튬메탈전지 기술을 개발했다. 이번 연구 논문은 세계적인 과학 학술지인 ‘네이처 에너지’에 게재됐다.
리튬메탈전지는 흑연계 음극재를 리튬메탈로 대체하고 리튬이온전지보다 음극재의 무게와 부피를 대폭 줄인 배터리다. 에너지 밀도와 주행거리를 크게 향상시킬 수 있어 차세대 배터리 중 하나로 꼽힌다.
다만 현재 기술로는 리튬메탈전지 음극 표면에 발생하는 덴드라이트 현상을 극복하지 못해 배터리의 수명과 안전성을 보장하지 못하고 있었다. 또한 액체 전해액에 의한 지속적인 부식 현상도 리튬메탈전지의 수명·안전성을 위협하는 요소로 지목되고 있다.
LG에너지솔루션과 KAIST 연구팀은 ‘붕산염-피란 기반 액체 전해액’을 리튬메탈전지에 세계 최초로 적용해 기술적 한계를 극복했다. 해당 전해액은 충방전 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 충방전 효율을 높일 수 있었다. 1회 충전에 900㎞ 주행이 가능할 만큼 에너지밀도도 향상됐다. 기존 고성능 리튬이온전지 주행거리(약 600㎞)보다 50% 길게 주행 가능하다.
새로운 전해액이 적용된 리튬메탈전지는 400회 이상 재충전이 가능할 만큼 수명 안정성이 높다. 또한 전고체전지와 달리 구동 시 높은 온도와 압력이 요구되지 않아 보다 간소화한 전지 시스템 설계가 가능하다.
리튬메탈전지 원천기술 개발은 LG에너지솔루션과 카이스트가 지난 2021년 설립한 공동연구센터 ‘FRL(Frontier Research Laboratory)’이 2년 동안 연구 끝에 거둔 성과다.
LG에너지솔루션은 카이스트 외에 미국 캘리포니아대, 독일 뮌스턴대 및 헬름홀츠 연구소 등과도 FRL을 운영하고 있다.