[더팩트ㅣ최의종 기자] LG에너지솔루션과 KAIST 공동 연구팀이 차세대 배터리는 주목받는 리튬메탈전지(Lithium Metal Battery) 충전 속도를 단축할 수 있는 기술을 개발했다.

LG에너지솔루션은 KAIST 공동 연구팀인 FRL(Frontier Research Laboratory)이 리튬메탈전지 충전 속도를 혁신적으로 단축할 수 있는 기술 개발에 성공했다고 4일 밝혔다. FRL 연구팀은 글로벌 학술지 네이처 에너지에 해당 내용을 게재했다.

리튬메탈전지는 리튬이온 배터리 핵심 소재 중 흑연 음극을 리튬메탈로 대체하는 배터리다. 음극재의 무게와 부피를 크게 줄일 수 있어 에너지 밀도와 주행거리를 향상할 수 있다는 장점이 있다. 실제 고성능 전기차 평균 주행거리를 600km에서 800km 이상으로 향상할 수 있다.

LG에너지솔루션과 KAIST는 지난 2021년 리튬메탈전지 관련 원천기술 개발을 위해 FRL를 설립했다. 최근 1회 충전에 800km 이상 주행, 누적 주행거리 30만km 이상 수명을 확보하면서 충전 시간을 12분까지 단축할 수 있는 리튬메탈전지 기술을 개발했다.

2023년 발표해 네이처 에너지에 게재된 '저부식성 붕산염-피란 액체 전해액 기반 리튬메탈전지' 후속 연구다. 방전 효율과 에너지 밀도 개선뿐 아니라 리튬메탈전지 난제로 꼽히던 충전 속도에서 진일보한 연구 결과를 제시한 점에 의미가 있다는 것이 LG에너지솔루션 설명이다.

리튬메탈전지는 수명과 안정성 확보를 어렵게 만드는 '덴드라이트(전지 내 리튬 전착 과정에서 리튬 이온 적체 현상에 의해 형성되는 수지상 리튬 전착 현상)' 문제를 해결해야 하는 기술적 어려움이 존재해 왔다.

FRL 연구팀은 급속충전 시 덴드라이트 형성의 근본적 원인이 리튬메탈 표면에서의 불균일한 계면 응집반응 때문임을 규명하고, 문제를 해결할 수 있는 응집 억제형 신규 액체 전해액을 세계 최초로 개발했다.

신규 액체 전해액은 리튬 이온과의 결합력이 약한 음이온 구조를 활용해 리튬 계면 상 불균일성을 최소화하며, 급속충전 시에도 덴드라이트 성장을 효과적으로 억제할 수 있다. 높은 에너지 밀도를 유지하면서도 느린 충전 속도 문제를 극복했다.

LG에너지솔루션은 KAIST뿐 아니라 미국 샌디에이고 캘리포니아 대학(UCSD)과 독일 뮌스턴 대학 및 헬름홀츠 연구소 등 국내외 유수 대학·기관과 공동연구센터 FRL을 운영하며 차세대 배터리 기술 확보에 박차를 가하고 있다.

김제영 LG에너지솔루션 최고기술관리자(CTO) 전무는 "FRL을 통해 이어온 지난 4년간 협력이 유의미한 성과를 창출하고 있다"라며 "앞으로도 산학 협력을 더 강화해 기술적인 난제를 해결하고 차세대 배터리 분야에서도 최고 성과를 창출해 나가겠다"라고 말했다.

김희탁 KAIST 생명화학공학과 교수는 "계면 구조에 대한 이해를 통해 리튬메탈전지 기술적 난제를 돌파하는 핵심 토대가 됐고 리튬메탈전지가 전기차에 도입되기 위한 가장 큰 장벽을 넘어섰다"라고 평가했다.

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