삼성SDI, 리튬메탈 배터리 수명·안전성 동시 개선 기술 개발…'줄' 게재

에너지밀도 1.6배 차세대 배터리 상용화 돌파구…한미 산학 공동연구 성과

이승우 삼성SDI 부사장.[사진=삼성SDI]

삼성SDI가 '차세대 배터리'로 꼽히는 리튬메탈 배터리의 최대 난제였던 수명과 안전성 문제를 동시에 개선할 수 있는 기술을 개발했다. 관련 연구 성과는 에너지 분야 세계 최고 권위 학술지 '줄(Joule)' 최신호에 게재됐다.

삼성SDI는 미국 컬럼비아대학교와의 공동 연구를 통해 리튬메탈 배터리의 성능을 획기적으로 개선할 수 있는 새로운 전해질 조성을 개발했다고 23일 밝혔다. 이번 연구에는 삼성SDI 국내 연구소와 삼성SDI 미국 연구소(SDI R&D America), 컬럼비아대 연구진이 참여했다.

리튬메탈 배터리는 기존 삼원계 배터리 대비 에너지 밀도가 약 1.6배 높아 차세대 웨어러블 기기, 차세대 전자기기 등에 적용 가능한 유력 기술로 평가받아 왔다. 그러나 충·방전 횟수가 수십 회 수준에 그쳐 상용화에 한계가 있었다.

공동 연구팀은 불소 성분을 활용한 '겔 고분자 전해질'을 적용해 이 같은 문제의 해법을 제시했다. 음극 표면에 안정적인 계면을 형성해 덴드라이트 생성을 효과적으로 억제하는 방식이다. 덴드라이트는 충전 과정에서 리튬이 음극 표면에 쌓이며 형성되는 결정체로 배터리 수명 저하와 화재 위험을 유발하는 핵심 원인으로 지목돼 왔다.

이번 기술은 리튬메탈 배터리의 수명을 늘리면서도 안전성을 동시에 확보했다는 점에서 의미가 크다. 업계에서는 에너지 효율과 안정성을 함께 개선할 수 있는 새로운 접근법을 제시했다는 점에서 차세대 배터리 분야의 '게임체인저'가 될 가능성에 주목하고 있다.

줄 로고.

연구 논문은 세계 3대 학술지 '셀(Cell)'을 발행하는 미국 셀 프레스(Cell Press)가 2017년 창간한 에너지 전문 저널 '줄(Joule)'에 실렸다. 줄은 에너지 분야에서 가장 영향력 있는 학술지 가운데 하나로 평가받는다.

논문 공동 저자로는 삼성SDI 연구소의 이승우 부사장과 우현식 프로, 삼성SDI 미국 연구소의 김용석 소장과 양 리(Yang Li)·위안위안 마(Yuanyuan Ma) 프로, 컬럼비아대 위안 양(Yuan Yang) 교수 등이 이름을 올렸다.

주용락 삼성SDI 연구소장(부사장)은 "기존에 취약점으로 지적되던 리튬메탈 배터리의 안전성을 개선한 기술이 학술적으로 검증됐다는 점에서 의미가 크다"며 "국내외 연구 네트워크를 기반으로 차세대 배터리 기술 확보에 속도를 내겠다"고 밝혔다.

위안 양 컬럼비아대 교수도 "이번 연구로 차세대 배터리 상용화에 한 걸음 더 다가섰다"고 평가했다.

[신아일보] 윤경진 기자