인더뉴스 김용운 기자ㅣLG에너지솔루션은 미국 샌디에이고 대학교(이하 UCSD)와 공동 연구로 기존 60도 이상에서만 충전이 가능했던 기술적 한계를 넘어 상온(통상 25℃)에서도 빠른 속도로 충전이 가능한 장수명 전고체 배터리 기술을 개발했다고 24일 밝혔습니다.
실리콘을 적용한 전고체 배터리 중 상온에서 충방전 수명이 500회 이상인 건 처음입니다. 이번 연구 논문은 ‘사이언스(Science)’지(373권 6562호)에 실려 그 성과를 인정받았습니다.
전고체 배터리는 배터리의 양극과 음극 사이에 있는 전해질을 액체에서 고체로 대체함으로써 현재 사용 중인 리튬-이온 배터리보다 에너지 밀도를 향상시키고 안전성도 강화할 수 있는 차세대 배터리입니다.
하지만 에너지 밀도 향상을 위해 리튬 금속을 음극으로 적용한 기존 전고체 배터리의 경우 온도에 민감해 60도 혹은 그 이상의 고온 환경에서만 충전할 수 있는데다 느린 충전 속도가 한계로 지적되어 왔습니다.
연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 전고체 배터리의 음극에서 도전(導電)재와 바인더를 제거하고 5um(마이크로미터) 내외의 입자 크기를 가진 ‘마이크로 실리콘 음극재’를 적용했습니다.
‘실리콘 음극재’는 기존 흑연 음극재에 비해 10배 높은 용량을 가져 배터리의 에너지 밀도 향상을 위한 필수 소재로 각광을 받고 있습니다. 그러나 충방전 중 부피의 변화가 커 실제 적용이 까다로운 소재입니다.
기존 연구에서 ‘실리콘 음극재’의 부피 변화를 억제하기 위해 100nm(나노미터, 0.1마이크로미터) 이하의 입자 크기를 가진 나노 실리콘을 적용했지만 본 연구에 적용된 마이크로 실리콘은 나노 실리콘보다 저렴하고 사용이 더 간편하다는 장점이 있습니다.
특히, 500번 이상의 충전과 방전 이후에도 80%이상의 잔존 용량을 유지하고 현재 상용화된 리튬이온 배터리에 비해 에너지 밀도도 약 40% 높이는 것이 가능해 전고체 배터리의 상용화를 위한 기술적인 진일보를 이뤄냈다는 평가입니다.
LG에너지솔루션 CPO 김명환 사장은 “UCSD와 함께 전고체 배터리에서의 의미 있는 기술 개발로 과학계에서 가장 권위있는 사이언스 저널에 실리게 됐다”며 “이번 연구 결과를 통해 차세대 배터리로 주목받고 있는 전고체 배터리 상용화에 한 걸음 더 다가가게 됐다”고 말했습니다.
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