LG에너지솔루션과 카이스트(KAIST)가 공동으로 연구를 진행하고 있는 FRL 연구팀이 차세대 배터리로 주목받고 있는 리튬메탈전지 충전 속도를 혁신적으로 단축할 수 있는 기술 개발에 성공했다.

4일 LG에너지솔루션에 따르면 FRL 연구팀은 이날 1회 충전에 800km 이상 주행, 누적 주행거리 30만km 이상 수명을 확보하면서 충전 시간을 12분까지 단축할 수 있는 리튬메탈전지 연구 결과를 세계적인 학술지 ‘네이처 에너지’에 게재했다고 밝혔다.

LG에너지솔루션과 KAIST는 지난 2021년 리튬메탈전지 관련 원천기술 개발을 위해 공동연구센터 FRL를 설립했다.

이번 기술은 지난 2023년 발표해 ‘네이처 에너지’에 게재된 ‘저부식성 붕산염-피란 액체 전해액 기반 리튬메탈전지’의 후속 연구다. 방전 효율과 에너지 밀도 개선은 물론 리튬메탈전지의 난제로 꼽히던 ‘충전 속도’에서 한발 앞서나간 연구 결과를 제시했다는 평가를 받는다.

리튬메탈전지는 리튬이온 배터리의 핵심 소재 중 하나인 흑연 음극을 리튬메탈로 대체하는 배터리다. 음극재의 무게와 부피를 크게 줄일 수 있어 에너지 밀도와 주행거리를 대폭 향상시킬 수 있다는 장점이 있다. 실제 리튬메탈전지를 통해 고성능 전기차의 평균 주행거리를 600km에서 800km 이상으로 향상시킬 수 있다.

하지만, 리튬메탈전지는 수명과 안정성 확보를 어렵게 만드는 ‘덴드라이트(음극표면에 리튬이 나뭇가지 모양의 결정체. 전지 효율 수명 안전성 위협요인) 음극’ 문제를 해결해야 하는 기술적 어려움이 존재해왔다. 공동연구팀은 이를 해결하기 위해 응집 억제형 신규 액체 전해액을 세계 최초로 개발했다.

신규 액체 전해액은 리튬 이온과의 결합력이 약한 음이온 구조를 활용해 리튬 계면 상의 불균일성을 최소화하며, 급속 충전 시에도 덴드라이트 성장을 효과적으로 억제할 수 있다.

김제영 LG에너지솔루션 CTO(최고기술책임자, 전무)는 “LG에너지솔루션과 KAIST가 FRL을 통해 이어온 지난 4년간의 협력이 유의미한 성과를 창출하고 있다”고 말했다.

KAIST 생명화학공학과 김희탁 교수는 “이번 연구는 리튬메탈전지의 기술적 난제를 돌파하는 핵심 토대가 되었고 리튬메탈전지가 전기차에 도입되기 위한 가장 큰 장벽을 넘어섰다”라고 평가했다.

범현주 기자 hjbeom@naeil.com