리튬메탈전지는 기존 흑연계 음극재를 리튬메탈로 대체하면서 기존 리튬이온전지보다 음극재의 무게와 부피를 크게 줄일 수 있는 것이 특징이다. 이를 통해 에너지 밀도와 주행거리를 대폭 향상시킬 수 있어 대표 차세대 배터리 중 하나로 꼽힌다.
하지만 기존 리튬메탈전지의 경우 음극 표면에 발생하는 덴드라이트(전지 내 리튬의 전착 과정에서 리튬 이온의 적체 현상에 의해 형성되는 수지상의 리튬 전착 현상)와 액체 전해액에 의한 지속 부식이 배터리의 수명과 안전성을 위협하는 한계로 지적돼 왔다.
LG에너지솔루션과 KAIST 공동 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 ‘붕산염-피란 기반 액체 전해액’을 세계 최초로 적용했다.
이 전해액은 충방전시 리튬메탈 음극 표면에 형성되는 수 나노미터 두께의 고체 전해질 층(SEI)을 치밀한 구조로 재구성, 전해액과 리튬메탈 음극 간의 부식 반응을 차단하는 역할을 한다.
LG에너지솔루션에 따르면 해당 방식은 리튬메탈전지의 충방전 효율을 향상시키고 1회 충전에 900㎞ 주행이 가능할 만큼 에너지밀도를 높일 수 있다. 기존 고성능 전기차에 적용되는 리튬이온전지의 주행거리 약 600㎞보다 50% 높은 수준이다.
이번 연구 논문은 세계적인 과학 학술지 ‘네이처 에너지' 게재되며 그 성과를 인정받았다.
이는 LG에너지솔루션과 카이스트가 차세대 리튬메탈전지 관련 원천기술 개발을 위해 지난 2021년 공동연구센터(FRL)를 설립, 2년 동안의 연구를 이어온 끝에 거둔 성과다. FRL은 LG에너지솔루션이 국내외 유수 대학 및 기관들과 함께 차세대 배터리 관련 연구개발(R&D) 과제를 수행하는 공동 연구센터다.
정근창 LG에너지솔루션 미래기술센터장 부사장은 “앞으로도 FRL과의 적극적인 협력을 통해 차별화된 기술력을 바탕으로 차세대 배터리의 상용화에 앞장서 나가겠다”고 말했다.
kjh0109@fnnews.com 권준호 기자
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