1회 충전 900km 주행…LG엔솔-KAIST, 새로운 '리튬금속전지' 원천기술 개발

8일 KAIST(카이스트)는 김희탁 생명화학공학과 교수와 LG에너지솔루션 공동연구팀이 '리튬금속전지'의 성능을 획기적으로 늘릴 수 있는 원천기술을 개발했다고 밝혔다.

출처:카이스트

리튬금속전지는 전기차의 주행거리를 획기적으로 높일 수 있지만 전지 내 리튬의 전착 과정에서 '덴드라이트(Dendrite:전지의 활성을 저하하는 가지모양의 결정)가 형성되고, 액체 전해액에 의한 지속적인 부식(Corrosion)이 발생해 전지의 수명과 안정성에 부정적 영향을 주는 만큼 기술적 문제가 남아있다.

공동연구팀은 1회 충전에 900㎞ 주행, 400회 이상 재충전이 가능한 리튬금속전지 연구 결과를 공개했다. 이는 기존 리튬이온전지의 주행거리인 약 600㎞보다 50% 높은 수준이다.

공동연구팀은 리튬금속전지의 구현을 위해 기존에 보고되지 않은 `붕산염-피란(borate-pyran) 기반 액체 전해액'을 세계 최초로 적용, 리튬금속 음극의 기술적 난제를 해결하고 그 근본원리를 규명했다고 설명했다.

붕산염-피란 전해액은 리튬금속 음극 표면에 형성된 수 나노미터 두께의 '고체 전해질 층(SEI)'을 치밀한 구조로 재구성해 전해액과 리튬 간의 부식 반응을 차단한다. 특히 이 'SEI 재구성' 기술은 덴드라이트와 부식 문제를 동시에 해결해 리튬금속 음극의 충전·방전 효율을 향상하는 것은 물론 기존보다 배터리 음극재와 전해액의 무게를 크게 줄여 에너지 밀도를 높일 수 있는 게 특징이다.

특히 이번 연구에서 구현된 리튬금속전지는 구동 시 높은 온도와 압력이 요구되지 않아, 전기차의 주행거리를 높이기 위한 간소화된 전지 시스템 설계가 가능하다.

이번 연구결과는 학술지 '네이처 에너지(Nature Energy)'에 지난달 23일 온라인 게재됐다.