LG에너지솔루션과 한국과학기술원(KAIST) 공동 연구팀이 차세대 배터리로 주목받고 있는 리튬메탈전지 성능을 획기적으로 늘릴 수 있는 기술개발에 성공했다.

공동 연구팀은 7일 리튬이온전지 대비 주행거리를 약 50% 늘리고, 충·방전 효율 및 수명 또한 대폭 개선할 수 있는 리튬메탈전지 관련 원천기술 개발에 성공했다고 밝혔다.

이번 연구 논문은 세계적인 과학 학술지 '네이처 에너지'에 게재되며 그 성과를 인정받았다. 이는 LG에너지솔루션과 KAIST가 차세대 리튬메탈전지 관련 원천기술 개발을 위해 2021년 설립한 공동연구센터 FRL(Frontier Research Laboratory)이 2년여 동안의 연구를 이어온 끝에 거둔 성과다.

FRL은 LG에너지솔루션이 국내외 유수 대학 및 기관들과 함께 차세대 배터리 관련 연구개발(R&D) 과제를 수행하는 공동 연구센터다. LG에너지솔루션은 KAIST 외에도 미국 샌디에이고 캘리포니아대학(UCSD), 독일 뮌스턴대학 및 헬름홀츠 연구소 등과 FRL을 운영하고 있다.

리튬메탈전지는 기존 흑연계 음극재를 리튬메탈로 대체하면서 기존 리튬이온전지보다 음극재의 무게와 부피를 크게 줄일 수 있는 것이 특징이다. 이를 통해 에너지 밀도와 주행거리를 대폭 향상시킬 수 있어 대표적 차세대 배터리 중 하나로 꼽힌다.

하지만 기존 리튬메탈전지의 경우 음극 표면에 발생하는 '덴드라이트'(Dendrite, 리튬 전착 현상)와 액체 전해액에 의한 지속적인 부식이 배터리의 수명과 안전성을 위협하는 한계로 지적돼 왔다.

LG에너지지솔루션과 KAIST 공동 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 '붕산염-피란 기반 액체 전해액'을 세계 최초로 적용했다.

이를 통해 리튬메탈전지의 충·방전 효율을 향상시키는 것은 물론 1회 충전에 900km 주행이 가능할 만큼 에너지밀도를 높일 수 있다. 400회 이상 재충전이 가능할 만큼 수명 안정성 확보도 가능하다.

정근찬 LG에너지솔루션 미래기술센터장(부사장)은 "KAIST와 함께 액체 전해액을 사용하는 리튬메탈전지의 대표적인 난제를 해결해 상용화에 한걸음 더 다가설 수 있게 되었다는데 의의가 있다"며 "앞으로도 FRL과의 적극적인 협력을 통해 차별화된 기술력을 바탕으로 차세대 배터리의 상용화에 앞장서 나가겠다"고 말했다.

김희탁 KAIST 생명화학공학과 교수는 "이번 연구는 지금까지 실현 불가능하다고 여겨진 액체 전해액을 기반으로 하는 리튬메탈전지의 구현 가능성을 가시화한 연구"라고 말했다.