美 샌디에이고대학과 공동 연구...사이언스에 실려

[전기신문 오철 기자] LG에너지솔루션은 미국 샌디에이고 대학교(UCSD)와 공동 연구를 통해 기존 60도 이상에서만 충전이 가능했던 기술적 한계를 넘어 상온에서도 빠른 속도로 충전이 가능한 장수명 전고체 배터리 기술을 개발했다고 24일 밝혔다.

회사 측에 따르면 실리콘을 적용한 전고체 배터리 중 상온에서 충전·방전 수명이 500회 이상인 건 이번이 처음이다. 이번 연구 논문은 이날 최고 권위의 과학 저널 '사이언스(Science)'지에 실렸다.

전고체 배터리는 배터리의 양극과 음극 사이에 있는 전해질을 액체에서 고체로 대체함으로써 현재 사용 중인 리튬-이온배터리보다 에너지 밀도를 향상시키고 안전성도 강화할 수 있는 차세대 배터리다.

하지만 에너지 밀도 향상을 위해 리튬 금속을 음극으로 적용한 기존 전고체 배터리의 경우 온도에 민감해 60도 또는 그 이상의 고온 환경에서만 충전할 수 있고, 느린 충전 속도가 한계로 지적됐다.

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 전고체 배터리의 음극에서 도전(導電)재와 바인더를 제거하고 100만분의 5미터(m)에 해당하는 5마이크로미터(㎛) 내외의 입자 크기를 가진 '마이크로실리콘 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.

또한 기존 연구에서 실리콘 음극재의 부피 변화를 억제하기 위해 0.1㎛에 해당하는 100나노미터(㎚) 이하의 입자 크기를 가진 나노 실리콘을 적용한 데 반해, 이번 연구에 적용된 마이크로 실리콘은 나노 실리콘보다 저렴하고 사용이 더 용이하다는 이점이 있다.

특히 500번 이상의 충전과 방전 이후에도 80% 이상의 잔존 용량을 유지하고, 현재 상용화된 리튬이온 배터리에 비해 에너지 밀도도 약 40% 높이는 것이 가능해 전고체 배터리의 상용화를 위한 기술적인 진일보를 이뤄냈다는 평가다.

김명환 LG에너지솔루션 CPO(최고제품책임자) 사장은 "이번 연구를 통해 전고체 배터리 상용화에 한 걸음 더 다가가게 됐다"며 "적극적인 오픈 이노베이션 전략을 통해 차세대 배터리 분야에서도 차별화된 기술력으로 세계 시장을 선도할 것"이라고 말했다.