'12분 급속 충전, 800㎞ 주행' 리튬메탈전지 기술 개발

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 한국 연구진이 리튬메탈전지의 난제였던 덴드라이트 문제를 해결했다. 이 기술을 전기차 베터리에 적용하면  12분 초고속 충전에 800㎞를 달릴 수 있어 전기차의 새 시대를 열었다는 평가다. 

한국과학기술원(KAIST·카이스트)은 생명화학공학과 김희탁 교수와 LG에너지솔루션이 공동 운영중인 프론티어 연구소(FRL)가 리튬메탈전지(Lithium metal battery)의 성능을 획기적으로 늘릴 수 있는 '응집 억제형 신규 액체 전해액' 원천기술을 개발했다고 4일 밝혔다.

리튬메탈전지는 리튬이온 전지의 핵심재료 중 하나인 흑연 음극을 리튬메탈로 대체한 것으로 리튬메탈은 여전히 전지의 수명과 안정성 확보를 어렵게 하는 '덴드라이트(Dendrite)'라는 기술적 난제가 있다.

덴드라이트는 배터리 충전 시 음극 표면에 형성되는 나뭇가지 모양의 리튬 결정체로 배터리 성능과 안정성에 악영향을 미친다.

특히 덴드라이트 현상은 급속충전 시 더욱 심각하게 발생하고 전지 내부 단락을 유발하기 때문에 급속충전 조건에서 재충전할 수 있는 리튬메탈전지 구현은 현 기술로 매우 어렵다.

이번에 FRL 공동연구팀은 리튬메탈이 급속충전 시 덴드라이트 형성의 근본적 원인이 리튬메탈 표면에서 불균일한 계면 응집반응 때문임을 규명하고 이 문제를 해결할 수 있는 응집 억제형 신규 액체 전해액을 개발했다.

신규 액체 전해액은 리튬 이온(Li⁺)과의 결합력이 약한 음이온 구조를 활용해 리튬 계면의 불균일성을 최소화하며 급속충전 때도 덴드라이트 성장을 효과적으로 억제할 수 있다.

또 이 기술은 높은 에너지밀도를 유지하면서 기존 리튬메탈전지의 느린 충전 속도를 극복해 긴 주행거리를 확보하면서도 빠른 충전에서도 안정적인 작동이 가능하다.

이를 통해 12분 충전에 800㎞를 주행할 수 있고 누적 주행거리는 30만㎞까지 확보 가능하다.

LG에너지솔루션의 CTO 김제영 전무는 "LG에너지솔루션과 KAIST가 FRL을 통해 이어온 지난 4년간의 협력이 유의미한 성과를 창출하고 있다"며 "산학 협력을 더욱 강화해 기술적인 난제를 해결하고 차세대 배터리의 분야에서도 최고의 성과를 창출해 나가겠다"고 말했다.

이번 연구결과는 KAIST 생명화학공학과 권혁진 박사가 제1 저자로 세계적인 학술지 '네이처 에너지(Nature Energy)'에 지난 3일 게재됐다.

김희탁 교수는 "이번 연구는 계면 구조에 대한 이해를 통해 리튬메탈전지의 기술적 난제를 돌파하는 핵심 토대가 됐고 리튬메탈전지가 전기차에 도입되기 위한 가장 큰 장벽을 넘어섰다"고 밝혔다.


◎공감언론 뉴시스 [email protected]