LG에너지솔루션, 상온에서 충전되는 전고체 배터리 개발

김종현 LG에너지솔루션 사장. LG에너지솔루션 제공


LG에너지솔루션은 미국 샌디에이고 대학교(UCSD)와 공동 연구로 장수명 전고체 배터리 기술을 개발했다고 24일 밝혔다. 기존 60도 이상에서만 충전이 가능했던 기술적 한계를 넘어 상온에서도 빠른 속도로 충전할 수 있는 기술이다. LG에너지솔루션에 따르면 실리콘을 적용한 전고체 배터리 중 상온에서 충방전 수명이 500회 이상인 건 이번이 처음이다.

기술 관련 논문은 이날 세계 과학계 연구성과 지표의 기준이 되는 과학저널 사이언스지(373권 6562호)에 실려 그 성과를 인정받았다.

전고체 배터리는 배터리 양극과 음극 사이에 있는 전해질을 액체에서 고체로 대체함으로써 현재 사용 중인 리튬-이온 배터리보다 에너지 밀도를 향상하고 안전성도 강화할 수 있다. 하지만 에너지 밀도 향상을 위해 리튬 금속을 음극으로 적용한 기존 전고체 배터리의 경우 온도에 민감해 60도 혹은 그 이상의 고온 환경에서만 충전할 수 있는 데다 느린 충전 속도가 한계로 지적돼 왔다.

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 전고체 배터리의 음극에서 도전(導電)재와 바인더를 제거하고 5마이크로미터 내외의 입자 크기를 가진 ‘마이크로 실리콘 음극재’를 적용했다. 실리콘 음극재는 기존 흑연 음극재에 비해 10배 높은 용량을 가져 배터리의 에너지 밀도 향상을 위한 필수 소재로 손꼽히지만, 충방전 중 큰 부피 변화 때문에 실제 적용이 까다로운 소재로 알려져 있다.

또 기존 연구에서 실리콘 음극재의 부피 변화를 억제하기 위해 100㎚(나노미터, 0.1마이크로미터) 이하의 입자 크기를 가진 나노 실리콘을 적용한 데 반해, 본 연구에 적용된 마이크로 실리콘은 나노 실리콘보다 저렴하고 사용이 더 쉽다. 특히 500번 이상 충전하고 방전한 후에도 80%이상의 잔존 용량을 유지하고, 현재 상용화된 리튬이온 배터리에 비해 에너지 밀도도 40% 높이는 것이 가능하다.

LG에너지솔루션은 이번 연구결과가 오픈 이노베이션 차원에서 매년 개최하는 ‘배터리 이노베이션 콘테스트’ 지원 과제가 실제 성과로 이어진 것이라 더욱 의미가 있다고 강조했다. LG에너지솔루션 CPO 김명환 사장은 "이번 연구 결과를 통해 차세대 배터리로 각광받고 있는 전고체 배터리 상용화에 한 걸음 더 다가가게 됐다”며 “적극적인 오픈 이노베이션 전략을 통해 차세대 배터리 분야에서도 차별화된 기술력으로 세계 시장을 선도해나갈 것”이라고 말했다.

이택현 기자 alley@kmib.co.kr

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