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LG엔솔, '꿈의 배터리' 난제 극복…KAIST와 원천기술 개발

머니투데이
  • 이세연 기자
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  • 2023.12.07 09:03
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액체 전해액 기반 리튬금속 음극 표면 기술적 난제 극복
차세대 배터리 리튬메탈전지 상용화에 '한걸음'

LG에너지솔루션과 한국과학기술원(KAIST) 공동 연구팀이 차세대 배터리로 주목받는 리튬메탈전지 성능을 획기적으로 개선하는 기술을 개발했다.

LG에너지솔루션과 카이스트 공동 연구팀은 리튬메탈전지 관련 원천기술 개발에 성공했다고 7일 밝혔다.

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.

LG에너지솔루션과 KAIST가 차세대 리튬메탈전지 관련 원천기술 개발을 위해 2021년 설립한 공동연구센터 FRL(Frontier Research Laboratory)이 2년여 동안의 연구를 이어온 끝에 거둔 성과다. LG에너지솔루션은 카이스트 외에 미국 캘리포니아대, 독일 뮌스턴대 및 헬름홀츠 연구소 등과도 FRL을 운영하고 있다.
LG에너지솔루션과 KAIST의 FRL 리튬메탈전지 기술 관련 인포그래픽/사진제공=LG에너지솔루션
LG에너지솔루션과 KAIST의 FRL 리튬메탈전지 기술 관련 인포그래픽/사진제공=LG에너지솔루션

리튬메탈전지는 기존 흑연계 음극재를 리튬메탈로 대체하면서 리튬이온전지보다 음극재의 무게와 부피를 대폭 줄인 배터리다. 에너지 밀도와 주행거리를 크게 향상할 수 있어 차세대 배터리 중 하나로 꼽힌다.

다만 현재 기술로는 리튬메탈전지 음극 표면에 발생하는 덴드라이트 현상과 액체 전해액에 의한 지속적인 부식이 배터리의 수명과 안전성을 위협하는 한계로 지적되어 왔다. 덴드라이트는 배터리 충전 과정에서 음극 표면에 리튬 결정체가 생기는 현상을 말한다.

연구팀은 '붕산염-피란 기반 액체 전해액'을 리튬메탈전지에 세계 최초로 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.

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



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