LG에너지솔루션, 美 UCSD와 상온 구동 장수명 전고체 배터리 개발...“기술 한계 넘었다”

이석호 기자 / 기사승인 : 2021-09-24 09:56:20
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마이크로 실리콘 음극재 사용...충방전 수명 500회 이상
차세대 배터리 상용화 진일보...연구 논문 사이언스紙 실려

LG에너지솔루션이 차세대 배터리로 주목받는 전고체 배터리 분야에서 획기적인 혁신 기술을 개발해 상용화에 한 걸음 더 다가섰다.
 

▲ [LG에너지솔루션 CI]


LG에너지솔루션은 미국 샌디에이고 대학교(이하 UCSD)와 공동 연구로 기존 60도 이상에서만 충전이 가능했던 기술적 한계를 넘어 상온에서도 빠른 속도로 충전이 가능한 장수명 전고체 배터리 기술을 개발했다고 24일 밝혔다.

회사 측에 따르면, 실리콘을 적용한 전고체 배터리 중 상온에서 충방전 수명이 500회 이상인 것은 이번이 처음이다.

이번 연구 논문은 세계 과학계에서 연구성과 지표의 기준이 되는 최고 수준의 권위 있는 과학 저널 ‘사이언스(Science)’지(373권 6562호)에 실려 그 성과를 인정받은 것으로 전해졌다.

전고체 배터리는 내부의 양극과 음극 사이에 있는 전해질을 액체에서 고체로 바꾼 이차전지다. 현재 사용되는 리튬이온 배터리보다 에너지 밀도가 높고, 화재·폭발 위험이 없어 안전성도 강화할 수 있는 차세대 배터리로 각광받고 있다.

하지만 기존 전고체 배터리가 에너지 밀도 향상을 위해 리튬 금속을 음극으로 적용함에 따라 온도에 민감해 60도 또는 그 이상의 고온 환경에서만 충전할 수 있는 데다 느린 충전 속도가 한계로 지적됐다.

▲ LG에너지솔루션과 UCSD가 공동 개발한 상온 구동 장수명 전고체 전지의 충전 진행 과정 [LG에너지솔루션 제공]


이번 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 전고체 배터리의 음극에서 도전(導電)재와 바인더를 제거하고, 5㎛(마이크로미터) 내외의 입자 크기를 가진 '마이크로 실리콘 음극재'를 사용했다.

실리콘 음극재는 기존 흑연 음극재보다 10배 높은 용량을 가져 배터리의 에너지 밀도 향상을 위한 필수 소재로 손꼽히지만, 충방전 중 큰 부피 변화 때문에 실제 적용이 까다로운 소재로 알려져 있다.

기존 연구에서 실리콘 음극재의 부피 변화 억제를 위해 100nm(나노미터, 0.1마이크로미터) 이하의 입자 크기를 가진 나노 실리콘을 적용한 데 반해, 이번에 적용된 마이크로 실리콘은 나노 실리콘보다 저렴하고 사용이 더 용이하다.

▲ LG에너지솔루션과 GM이 미국 오하이오주에 설립 중인 전기차 배터리 합작법인 '얼티엄셀즈' [사진=LG에너지솔루션]


특히, 500번 이상의 충전과 방전 이후에도 80% 이상의 잔존 용량을 유지하고, 현재 리튬이온 배터리보다 에너지 밀도도 약 40% 높이는 것이 가능해 전고체 배터리 상용화를 위한 기술적 진일보를 이뤄냈다고 회사 측은 평가했다.

이번 연구결과는 LG에너지솔루션이 오픈 이노베이션 차원에서 매년 여는 배터리 이노베이션 콘테스트의 지원 과제가 실제 성과로 이어진 것이다.

김명환 LG에너지솔루션 최고제품책임자(CPO) 사장은 “UCSD와 함께 전고체 배터리에서 의미 있는 기술 개발로 사이언스에 실리게 돼 굉장히 기쁘다”면서 “이번 연구결과를 통해 차세대 배터리로 각광받는 전고체 배터리 상용화에 한 걸음 더 다가가게 됐다”고 말했다.

이어 “앞으로도 적극적인 오픈 이노베이션 전략을 통해 차세대 배터리 분야에서도 차별화된 기술력으로 세계 시장을 선도해나갈 것"이라고 덧붙였다.

 

[메가경제=이석호 기자]

 

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