LG에너지솔루션과 KAIST 공동 연구팀이 차세대 배터리로 주목받고 있는 리튬메탈전지의 성능을 획기적으로 늘릴 수 있는 기술 개발에 성공했다.

공동 연구팀은 리튬이온전지 대비 주행거리를 약 50% 늘리고 충·방전 효율과 수명도 대폭 개선하는 리튬메탈전지 관련 원천기술을 개발했다고 7일 밝혔다. 이번 연구 논문은 세계적인 과학 학술지 '네이처 에너지'에 게재됐다.

리튬메탈전지는 흑연계 음극재를 리튬메탈도 대체해 기존 리튬이온전지보다 음극재 무게와 부피를 크게 줄여 에너지 밀도와 주행거리를 향상시킬 수 있는 것이 특징이다.

다만 음극 표면에 발생하는 '덴드라이트(dendrite)'와 액체 전해액에 의한 지속적 부식이 배터리의 수명과 안전성을 위협하는 한계로 지적돼 왔다. 공동 연구팀은 이를 해결하고자 '붕산염-피란 기반 액체 전해액'을 세계 최초로 적용했다.

이 전해액은 충·방전시 리튬메탈 음극 표면에 형성되는 수 나노미터 두께의 고체 전해질 층을 재구성해 전해액과 리튬메탈 음극 간의 부식 반응을 차단하는 역할을 한다.

이를 통해 리튬메탈전지의 충·방전 효율을 높임과 동시에 1회 충전 시 900km 주행거리를 확보할 만큼 에너지 밀도를 높일 수 있다. 통상 기존 고성능 전기차에 적용되는 리튬이온전지의 주행거리 약 600km보다 50% 높은 수준이다.

아울러 400회 이상 재충전이 가능한 만큼 수명 안전성을 확보했으며 전고체 전지와 달리 구동 시 높은 온도와 압력이 필요하지 않아 주행거리 향상을 위한 간소화된 전지 시스템 설계가 가능하다.

정근창 LG에너지솔루션 미래기술센터장 부사장은 "KAIST와 함께 액체 전해액을 사용하는 리튬메탈전지의 대표적인 난제를 해결해 상용화에 한 걸음 더 다가설 수 있게 됐다는 데 의의가 있다"며 "앞으로도 FRL과의 적극적인 협력을 통해 차별화된 기술력을 바탕으로 차세대 배터리의 상용화에 앞장서 나가겠다"고 말했다.

김희탁 KAIST 생명화학공학과 교수는 "이번 연구는 지금까지 실현 불가능하다고 여겨진 액체 전해액을 기반으로 하는 리튬메탈전지의 구현 가능성을 가시화한 연구"라고 말했다.

한편 이번 연구는 LG에너지솔루션과 KAIST가 차세대 리튬메탈전지 관련 원천기술 개발을 위해 지난 2021년 설립한 공동연구센터 FRL이 약 2년 동안의 연구를 이어온 끝에 거둔 성과다.