KAIST-LG에너지솔루션 “전기차 900㎞ 주행 가능한 배터리 기술 개발”

리튬금속전지(Lithium metal battery) 성능을 높여, 전기차를 1회 충전했을 때 900㎞까지 주행할 수 있는 기술이 개발됐다.

KAIST는 생명화학공학과 김희탁 교수와 LG에너지솔루션 공동연구팀이 차세대 전지로 주목받는 ‘리튬금속전지'의 성능을 획기적으로 늘릴 수 있는 원천기술을 개발했다고 7일 밝혔다.

(좌측부터) 생명화학공학과 김희탁 교수, 생명화학공학과 권혁진 박사과정. KAIST 제공

공동연구팀이 개발한 기술은 리튬금속전지를 1회 충전했을 때 전기차 주행이 900km까지 가능하고, 전지를 400회 이상 재충전할 수 있다는 데 의미를 갖는다. 새롭게 개발한 리튬금속전지는 전기차 주행 거리상으로 기존(600㎞)보다 50% 높은 성능을 자랑한다.

공동연구팀은 리튬금속전지의 구현을 위해 기존에 보고되지 않은 `붕산염-피란(borate-pyran) 기반 액체 전해액'을 세계 최초로 적용했다. 이를 통해 리튬금속 음극의 기술적 난제를 해결하고, 근본원리를 규명했다는 것이 공동연구팀의 설명이다.

붕산염-피란 전해액은 리튬금속 음극 표면에 형성된 수 나노미터 두께의 고체 전해질 층(Solid Electrolyte Interphase, SEI)을 치밀한 구조로 재구성해 전해액과 리튬 간 부식 반응을 차단한다.

리튬금속전지는 전기차의 주행거리를 높이는 특징을 가졌지만, 그간 리튬금속은 ‘덴드라이트(Dendrite)’ 형성과 액체 전해액에 의한 지속적인 부식(Corrosion) 등 전지 수명과 안정성 확보에서 기술적 한계를 보였다.

KAIST와 LG에너지솔루션 공동연구팀이 개발한 리튬금속전지 기술 관련 인포그래픽. KAIST 제공

하지만 공동연구팀이 개발한 ‘고체 전해질 층 재구성(SEI restructuring)’ 기술은 덴드라이트와 부식 문제를 동시에 해결해 리튬금속 음극의 충전-방전 효율을 높이는 것과 함께, 기존보다 배터리 음극재와 전해액의 무게를 크게 줄여 에너지 밀도(Energy Density)를 높일 수 있다.

특히 연구에서 구현된 리튬금속전지는 구동 시 높은 온도와 압력이 요구되지 않아, 전기차의 주행거리를 높이기 위한 간소화된 전지 시스템 설계가 가능하다는 점도 눈여겨볼 지점으로 꼽힌다.

KAIST 생명화학공학과 김희탁 교수는 "공동연구팀의 연구 성과는 기존에 실현 불가능하다고 여겨진 액체 전해액 기반의 리튬금속전지 구현 가능성을 가시화했다는 점에서 의미가 크다?고 평가했다.

또 논문의 제1 저자인 권혁진 박사과정은 "리튬금속음극 계면의 나노스케일 제어로 리튬금속전지의 한계를 극복할 수 있음을 보였다?고 연구의 의미를 강조했다.

공동연구팀의 연구 결과는 지난달 23일 ‘네이처 에너지(Nature Energy)’ 온라인에도 게재됐다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr