리튬금속전지 1회 충전으로 900㎞ 달린다

카이스트·LG엔솔, 개발 '성공'
이온전지 대비 성능 50% 향상
재충전도 400회이상 가능해져

한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 김희탁 교수팀과 LG에너지솔루션 연구팀이 손잡고 1번 충전으로 900㎞를 달릴 수 있는 리튬금속전지를 개발했다. 이는 기존 리튬이온전지를 사용한 전기차가 약 600㎞ 정도 주행할 수 있는 것과 비교해 50% 성능이 개선된 것이다. 또한 리튬금속전지의 단점이었던 내구성까지 향상시켜 400회 이상 재충전이 가능하게 만들었다.

7일 KAIST에 따르면 이번에 공개한 리튬금속전지는 기존에 보고되지 않은 '붕산염-피란 기반 액체 전해액'을 세계 최초로 적용, 리튬금속 음극의 기술적 난제를 해결했다. 붕산염-피란 전해액은 전해액과 리튬간 부식 반응을 차단한다.

이를 위해 리튬금속 음극 표면에 형성된 수 나노미터 두께의 고체 전해질 층(SEI)을 치밀한 구조로 재구성했다.

고체 전해질 층 재구성 기술은 덴드라이트와 부식 문제를 동시에 해결했다. 즉, 리튬금속 음극의 충전-방전 효율을 향상하는 것은 물론, 기존보다 배터리 음극재와 전해액의 무게를 크게 줄일 수 있어 에너지 밀도를 높였다. 특히 이 기술로 만든 리튬금속전지는 구동 시 높은 온도와 압력이 요구되지 않고, 전기차의 주행거리를 높이기 위한 간소화된 전지 시스템으로 설계됐다.

김희탁 교수는 "이번에 만든 리튬금속전지는 지금까지 실현 불가능하다고 여겨진 액체 전해액을 기반으로 하는 리튬금속전지의 구현 가능성을 가시화한 것"이라고 말했다.

함께 참여한 권혁진 박사과정생은 "리튬금속음극 계면의 나노스케일 제어를 통해 리튬금속전지의 한계를 극복할 수 있었다"고 말했다. 연구진은 새로 개발한 리튬금속전지를 세계적인 학술지 '네이처 에너지(Nature Energy)'에 발표했다.

이번 개발 성과는 KAIST와 LG에너지솔루션이 차세대 리튬금속전지 기술 개발을 위해 2021년 설립한 프론티어 연구소(FRL)를 통해 이뤄졌다.

[e-mail] 김만기 기자