LG에너지솔루션 연구원들이 배터리셀을 들어보이고 있다. LG에너지솔루션 제공
일명 ‘꿈의 배터리’로 불리는 전고체 배터리 상용화가 한발 더 가까워졌다. 국내 최대 배터리 기업인 LG에너지솔루션이 충전 관련 혁신기술을 개발해 전고체 배터리 의 단점을 보완할 수 있게 되면서다.
24일 LG에너지솔루션은 미국 샌디에이고 대학교(UCSD)와 공동 연구를 통해 기존 60도 이상에서만 충전이 가능했던 기술적 한계를 넘어 상온(섭씨 15~25도)에서도 빠른 속도로 충전이 가능한 ‘장수명 전고체 배터리’ 기술을 개발했다고 밝혔다. 이를 다룬 연구논문은 권위 있는 과학계 저널 ‘사이언스’에 실려 성과를 인정받았다.
전고체 배터리란 배터리의 양극과 음극 사이 전해질을 액체에서 고체로 대체한 것이다. 기존 리튬이온 배터리보다 에너지 밀도와 안전성이 높아 차세대 꿈의 배터리로 꼽힌다. 다만 에너지 밀도를 높이기 위해 리튬 금속을 음극으로 적용한 기존 전고체 배터리는 온도에 민감해 섭씨 60도 이상 고온에서만 충전이 가능하고, 충전 속도도 느렸다.
LG에너지솔루션과 미국 샌디에이고 대학교가 공동 개발한 상온 구동 장수명 전고체 배터리의 충전 진행 과정. LG에너지솔루션 제공
연구팀은 이를 해결하기 위해 전고체 배터리의 음극에서 도전(導電)재와 바인더를 제거하고 5마이크로미터(㎛) 내외 입자 크기를 가진 ‘마이크로 실리콘 음극재’를 적용했다.
실리콘 음극재는 기존 흑연 음극재보다 10배 높은 용량을 가져 배터리의 에너지 밀도 향상을 위한 필수 소재로 꼽힌다. 하지만 충·방전 중 부피 변화가 커 실제 적용이 까다롭다. 이 때문에 대부분의 연구에서는 실리콘 음극재의 부피 변화를 억제하기 위해 0.1㎛에 해당하는 100나노미터(㎚) 이하 입자 크기를 가진 나노 실리콘을 적용한다.
하지만 연구팀은 나노 실리콘보다 더 저렴하고 사용이 용이한 마이크로 실리콘을 적용해 단점을 보완했다. 500번 이상 충전과 방전 이후에도 80% 이상 잔존 용량을 유지하고, 기존 리튬이온 배터리보다 에너지 밀도도 약 40% 높이는 것이 가능하다. 실리콘을 적용한 전고체 배터리 중 상온에서 충·방전 수명 500회를 넘긴 것은 처음이다.
김명환 LG에너지솔루션 최고제품책임자(CPO)는 “차세대 배터리로 각광받는 전고체 배터리 상용화에 한 걸음 더 다가가게 됐다”며 “앞으로도 차별화된 기술력으로 세계 시장을 선도해나갈 것”이라고 말했다.
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