[전자신문] KAIST·LG에너지솔루션, 리튬메탈전지 12분 충전 800㎞ 주행 실현…덴드라이트 문제 해결

우리 연구진이 리튬메탈전지 난제였던 ‘덴드라이트’ 문제를 해결하며 전기차 배터리 기술 혁신을 이끌었다. 기존 리튬이온전지(1회 충전 600㎞) 보다 먼 최대 800㎞ 주행, 누적 30만㎞ 이상 수명, 12분 초고속 충전을 가능케 했다.

한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 김희탁 생명화학공학과 교수와 LG에너지솔루션이 공동으로 진행하는 프론티어 연구소(FRL) 연구팀이 리튬메탈전지 성능을 획기적으로 늘릴 수 있는 ‘응집 억제형 신규 액체 전해액’ 원천기술을 개발했다고 4일 밝혔다.

리튬메탈전지는 리튬이온 전지 핵심 재료 중 하나인 흑연 음극을 리튬메탈로 대체한 것으로, 여전히 전지 수명·안정성 확보를 어렵게 하는 덴드라이트 기술 난제가 있다. 덴드라이트는 배터리 충전 시 음극 표면에 형성되는 나뭇가지 모양 리튬 결정체다.

이 현상은 급속 충전 시 더욱 심각하게 발생하며, 전지 내 단락을 유발한다. 이에 급속 충전 조건에서 재충전할 수 있는 리튬메탈전지 기술은 구현이 매우 어려웠다.

이에 연구팀이 개발한 신규 액체 전해액은 리튬 이온(Li⁺)과 결합력이 약한 음이온 구조를 활용해 리튬 계면 상 불균일성을 최소화하며, 급속 충전 시에도 덴드라이트 성장을 효과적으로 억제한다.

높은 에너지밀도를 유지하면서도, 기존 리튬메탈전지에서 한계로 지적되던 느린 충전 속도를 극복한다. 긴 주행거리를 확보하면서도 빠른 충전에서도 안정적인 작동이 가능하다.

김제영 LG에너지솔루션 CTO(전무)는 “LG에너지솔루션과 KAIST가 FRL을 통해 이어온 지난 4년간의 협력이 유의미한 성과를 창출하고 있다”며 “앞으로도 산학 협력을 더욱 강화해 기술적인 난제를 해결하고 차세대 배터리의 분야에서도 최고의 성과를 창출해 나가겠다”고 말했다.

김희탁 교수는 “이번 연구는 계면 구조에 대한 이해를 통해 리튬메탈전지의 기술적 난제를 돌파하는 핵심 토대가 됐고 리튬메탈전지가 전기차에 도입되기 위한 가장 큰 장벽을 넘어섰다”고 평가했다.

이번 연구는 권혁진 KAIST 생명화학공학과 박사가 제1 저자로 참여했고, ‘네이처 에너지’에 3일 자 게재됐다.

김영준 기자 kyj85@etnews.com