KAIST·LG엔솔, 리튬금속전지 혁신…1회 충전으로 900㎞ '주행'

KAIST와 LG에너지솔루션의 FRL 리튬금속전지

한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 김희탁 생명화학공학과 교수와 LG에너지솔루션 공동연구팀이 차세대 전지로 주목받는 '리튬금속전지' 성능을 획기적으로 늘릴 수 있는 원천기술을 개발했다고 7일 밝혔다.

리튬금속전지는 전기차 주행거리를 크게 높일 수 있지만 리튬금속은 전지 수명·안정성 확보를 어렵게 하는 덴드라이트(Dendrite) 형성, 액체 전해액에 의한 지속적인 부식 발생 해결이 필요하다.

연구팀은 1회 충전에 900㎞ 주행, 400회 이상 재충전이 가능한 리튬금속전지 연구 결과를 공개했다. 기존 리튬이온전지 주행거리 600㎞보다 50% 높은 수준이다.

기존에 보고되지 않은 '붕산염-피란 기반 액체 전해액'을 세계 최초로 적용, 리튬금속 음극 기술 난제를 해결하고 그 근본원리를 규명했다.

붕산염-피란 전해액은 리튬금속 음극 표면에 형성된 수 나노미터(㎚) 두께 고체 전해질 층(SEI)를 치밀한 구조로 재구성해 전해액-리튬 간 부식 반응을 차단한다.

이런 SEI 재구성 기술은 리튬금속 음극 충·방전 효율을 향상하는 것은 물론, 기존보다 배터리 음극재와 전해액 무게를 크게 줄여 에너지 밀도를 높일 수 있다.

특히 이번 연구에서 구현된 리튬금속전지는 구동 시 높은 온도·압력이 요구되지 않아, 전기차 주행거리를 높이는 간소화된 전지 시스템 설계가 가능하다.

김희탁 교수는 “이번 연구는 실현 불가능하다고 여겨진 액체 전해액 기반 리튬금속전지 구현 가능성을 가시화한 연구”라고 말했다.

논문 제1 저자인 권혁진 박사과정은 “리튬금속음극 계면 나노스케일 제어로 리튬금속전지의 한계를 극복할 수 있음을 보였다”고 강조했다.

이 연구결과는 '네이처 에너지'에 11월 23일자 온라인 게재됐다.

이번 연구 성과는 KAIST와 LG에너지솔루션이 차세대 리튬금속전지 기술 개발을 위해 2021년 설립한 프론티어 연구소(FRL·연구소장 김희탁)를 통해 이뤄진 것이다.

김영준 기자 kyj85@etnews.com