LG엔솔, ‘전고체-리튬황’ 투트랙으로 차세대 배터리 선점나서

리튬황, 에너지밀도 리튬이온 5배
가격 저렴해 배터리 제조단가 줄여
상용화 걸림돌 ‘짧은수명’ 해결할
美 연구진 결과 최근 학술지 공개
LG엔솔, 2027년 상용화 목표

리튬황 배터리는 전고체 배터리와 함께 대표적인 차세대 배터리로 손꼽히고 있다.

국내에서도 LG에너지솔루션이 전고체 배터리와 리튬황 배터리 '투 트랙' 전략을 취하고 있다. 특히 최근에는 리튬황 배터리의 상용화에 한 발 더 다가설 수 있는 방안이 나와 기대를 모으고 있다.

20일 관련 업계에 따르면 최근 미국 미시건대 연구진은 케블라 섬유를 활용해 리튬황 배터리의 수명 문제를 해결할 수 있다는 연구결과를 세계적 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 공개했다. 리튬황 배터리는 황을 양극 소재로, 리튬을 음극 소재로 쓴 전지를 말한다.

리튬과 황이 만나면 황화리튬(리튬폴리설파이드)이 되는데, 이 때 발생하는 에너지를 저장하는 게 리튬황 배터리의 원리다.

리튬황 배터리는 이론상 리튬이온 배터리보다 에너지 밀도가 5배 높다. 황은 무게가 가벼운 데다 풍부한 자원이어서 배터리 제조 단가를 낮출 수 있다. 반면 황의 낮은 전기전도도, 충·방전 시 생기는 부피 변화로 인한 짧은 수명 등이 단점으로 거론된다. 미시건대 연구진은 방탄조끼에서 재활용한 나노 케블라가 배터리 수명과 안전성을 낮추는 덴드라이트의 성장을 억제해주고 다른 화학물질의 침전도 막아주는 것으로 나타났다고 밝혔다.

덴드라이트는 배터리를 충전할 때 리튬이 음극 표면에 적체하며 나타나는 나뭇가지 모양의 결정체로, 이 결정체가 배터리 분리막을 훼손해 수명·안전성이 낮아진다. 리튬황 배터리 상용화를 위해서는 이 덴드라이트 문제를 해결하는 것이 관건으로 꼽힌다. 국내에서 리튬황 배터리 개발을 주도하고 있는 기업은 LG에너지솔루션이다. LG엔솔이 전고체 배터리와 리튬황 배터리 '투 트랙' 전략을 취하고 있다면 SK온과 삼성SDI는 전고체 배터리 개발에 좀 더 전념하는 분위기다.

LG엔솔은 최근 기업공개(IPO) 온라인 기자간담회에서 리튬황 전지의 수명, 성능 기술을 조기에 확보해 드론, 도심항공교통(UAM) 등과 같은 비행체 중심으로 적용할 계획이라고 발표했다.

앞서 재작년 리튬황 배터리를 무인기에 달아 성층권 최고 고도에서 총 13시간 비행에 성공한 바 있다. 다만 당초 제시했던 상용화 목표 시점을 2025년에서 2027~2028년으로 다소 미룬 것으로 알려졌다.

LG엔솔 관계자는 "리튬황 배터리는 무게와 가격, 전고체 배터리는 안전성과 밀도 면에서 각각 강점이 있는데, 어떤 게 더 좋고 먼저 상용화될지 알 수 없는 상황"이라며 "리튬황 배터리를 개발하고 상용화하려면 넘어야 할 기술적 장벽이 많은데, 이를 이겨내기 위해 기술 개발에 많은 투자를 하고 있다"고 말했다.

[e-mail] 구자윤 기자