▲ 기존 리튬전지와 차이점을 보여주는 인포그래픽/LG엔솔.

[리더스팩트 윤태경 기자] LG에너지솔루션과 KAIST 공동 연구팀은 차세대 배터리로 주목받고 있는 리튬메탈전지(Lithium metal battery)의 성능을 획기적으로 늘릴 수 있는 기술 개발에 성공했다고 7일 밝혔다.

공동 연구팀이 개발한 기술이 적용된 리튬메탈전지는 기존 리튬이온전지 대비 주행 거리가 약 절반이상 더 늘어나고, 충·방전 효율 및 수명도 개선됐다. 리튬메탈전지는 기존 흑연계 음극재를 리튬메탈로 대체해 리튬이온전지보다 음극재의 무게와 부피를 크게 줄일 수 있는 것이 특징이다.

기존 리튬메탈전지의 경우 음극 표면에 발생하는 ‘덴드라이트(Dendrite)’와 액체 전해액에 의한 지속적인 부식(Corrosion)이 배터리의 수명과 안전성을 위협하는 한계로 지적돼 왔다. 덴드라이트는 배터리 충·방전 시 리튬에 나뭇가지 모양의 결정이 바늘처럼 성장하는 현상으로, 전지의 활성이 저하된다.

공동 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 세계 최초로 ‘붕산염-피란(borate-pyran) 기반 액체 전해액’ 물질을 적용했다. 이 전해액은 충·방전시 리튬메탈 음극 표면에 형성되는 수 나노미터 두께의 고체 전해질 층을 치밀한 구조로 재구성하여, 전해액과 리튬메탈 음극 간의 부식 반응을 막아주는 역할을 한다.

이를 통해 리튬메탈전지의 충·방전 효율이 높아지고, 1회 충전에 900㎞ 주행이 가능할 만큼 에너지밀도를 높일 수 있다는 설명이다. 이 기존 고성능 전기차에 적용된 리튬이온전지보다 약 50% 높은 수준의 성능이다. 이 밖에도 400회 이상 재충전이 가능할 만큼 수명 안정성 확보도 가능하다고 LG에너지솔루션은 설명했다.

앞서 LG에너지솔루션과 KAIST는 차세대 리튬메탈전지 관련 원천기술 개발을 위해 2021년 공동연구센터 FRL(Frontier Research Laboratory)을 설립했고, 약 2년의 연구를 통해 이번 기술을 개발했다. 이번 연구 논문은 세계적인 과학 학술지 ‘네이처 에너지(Nature Energy)’에도 게재되며 그 성과를 인정받았다.