"배터리의 성배"…美하버드대, `충전 10분·6000번 충방전` 전고체전지 개발

리튬금속음극 전고체 배터리 개발
6000회 충방전해도 성능 80% 유지

신 리(Xin Li) 하버드 SEAS 재료과학 부교수

10분만에 완전 충전되고 6000번 충·방전을 해도 용량이 80% 유지되는 새로운 전고체 배터리 기술이 개발됐다.

미국 하버드대학 공학및응용과학대학(SEAS) 연구팀은 리튬금속 음극을 적용한 우표 크기의 전고체 배터리를 개발하고 연구결과를 국제학술지 '네이처 머티리얼스' 8일자에 실었다.

신 리(Xin Li) 하버드 SEAS 재료과학 부교수는 "리튬 금속 음극 배터리는 상용화된 흑연 음극과 비교해 용량이 10배이고 전기자동차의 주행 거리를 크게 늘릴 수 있어 '배터리의 성배'로 간주된다"면서 "특히 이번 연구결과는 산업화와 상업용 응용을 위한 중요한 진전을 이뤘다는 데 의미가 있다"고 말했다.

그동안 리튬 금속 음극 배터리는 용량이 훨씬 우수하지만 실용화하기에는 너무 불안정한 문제가 있었다. 도금 절차를 거치다 보니 충전 과정에서 단락이나 화재 발생 위험이 있었다. 연구팀은 배터리 음극에 마이크론 크기의 실리콘 입자를 써서 문제를 극복했다.

신 리 교수는 "마치 헤이즐넛을 감싸는 단단한 초콜릿 껍질처럼 리튬 금속이 실리콘 입자를 감싸도록 구현했다"고 말했다.

이렇게 만든 우표 크기의 배터리를 시연한 결과 10분 만에 완전 충전이 되고 6000번의 충·방전을 거쳐도 용량의 80%를 유지했다. 이는 그동안 선보인 전고체 배터리보다 뛰어난 성능이다. 또 대부분의 대학 실험실에서 만든 동전 크기 셀보다 10배에서 20배 더 크다는 게 연구진의 설명이다.

연구팀은 상용화를 위해 하버드대의 지원을 받아 신 리 교수와 하버드대 졸업생 3명이 공동 설립한 애든 에너지(Adden Energy)에 기술을 이전했다. 이 회사는 스마트폰 크기의 파우치 셀 배터리를 만들기 위해 기술을 확장시켰다.

515만 달러의 시드 투자를 받은 애든 에너지는 이 기술을 상용화해 2030년 이전에 시장에 진입한다는 계획이다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr