[서울=뉴시스] 신항섭 기자 = LG에너지솔루션과 카이스트(KAIST)가 공동으로 연구하는 프론티어 리서치랩(FRL) 연구팀은 차세대 배터리로 주목받는 리튬메탈전지의 충전 속도를 혁신적으로 단축하는 기술 개발에 성공했다고 4일 밝혔다.
FRL 연구팀은 1회 충전에 800㎞ 이상 주행, 누적 주행거리 30만㎞ 이상의 수명을 확보하면서 충전 시간을 12분까지 단축할 수 있는 리튬메탈전지 연구 결과를 학술지 '네이처 에너지(Nature Energy)'에 게재했다.
이 기술은 지난 2023년 발표해 '네이처 에너지'에 게재된 '저부식성 붕산염-피란 액체 전해액 기반 리튬메탈전지'의 후속 연구다.
방전 효율과 에너지 밀도 개선은 물론 리튬메탈전지의 난제로 꼽히던 '충전 속도'에서 진일보한 연구 결과를 제시했다는 점에서 의미가 있다.
리튬메탈전지는 리튬이온 배터리의 핵심 소재 중 하나인 흑연 음극을 리튬메탈로 대체하는 배터리로, 음극재의 무게와 부피를 크게 줄일 수 있어 에너지 밀도와 주행거리를 대폭 향상해주는 장점을 갖는다.
실제 리튬메탈전지를 통해 고성능 전기차의 평균 주행거리를 600㎞에서 800㎞ 이상으로 향상시킬 수 있다는 평가다.
하지만 리튬메탈전지는 수명과 안정성 확보를 어렵게 만드는 '덴드라이트(Dendrite)' 문제를 해결해야 하는 기술적 어려움이 컸다.
특히 덴드라이트 현상은 급속 충전 시 더 심각하게 발생해 배터리의 내부 단락을 유발할 수 있어, 급속 충전 조건에서 재충전 가능한 리튬메탈전지의 구현이 어려웠다.
하지만 FRL 공동연구팀은 급속 충전 시 덴드라이트 형성의 근본적 원인이 리튬메탈 표면에서의 불균일한 계면 응집반응 때문임을 규명하고, 이 문제를 해결할 응집 억제형 신규 액체 전해액을 세계 최초로 개발했다.
이 기술은 높은 에너지밀도를 유지하면서도 기존 리튬메탈전지 한계로 지적되던 '느린 충전 속도' 문제를 극복, 급속 충전에서도 안정적인 구동을 가능하게 한다.
이를 통해 충전 속도를 12분까지 단축할 수 있어 리튬메탈전지의 상용화를 한층 앞당길 것으로 기대된다.
김제영 LG에너지솔루션 전무는 "LG에너지솔루션과 KAIST가 FRL을 통해 이어온 지난 4년간 협력이 유의미한 성과를 창출하고 있다"며 "앞으로도 산학 협력을 더 강화해 기술적인 난제를 해결하고 차세대 배터리 분야에서도 성과를 내겠다"고 말했다.
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