리튬메탈전지 효율 대폭 향상
주행거리 리튬이온전지 1.5배
재충전 400회… 수명도 길어져

LG에너지솔루션과 한국과학기술원(카이스트)이 한 번 충전으로 900㎞까지 달릴 수 있는 차세대 전기차 배터리 기술을 개발했다.

LG에너지솔루션은 카이스트와 2021년 설립한 공동연구센터 FRL이 2년여간의 연구 끝에 리튬이온전지 대비 주행거리, 효율, 수명을 대폭 개선할 수 있는 원천기술 개발에 성공했다고 7일 밝혔다. 이번 연구 논문은 세계적인 과학 학술지 ‘네이처 에너지’에 게재됐다.

차세대 배터리로 주목받는 리튬메탈전지는 기존 흑연계 음극재를 리튬메탈로 대체하면서 리튬이온전지보다 에너지 밀도와 주행거리를 대폭 향상할 수 있다. 하지만 음극 표면에 발생하는 덴드라이트(결정)와 전해액에 의한 지속적인 부식이 수명과 안전성을 제한하는 문제가 있었다.

공동 연구팀은 이를 해결하기 위해 ‘붕산염-피란 기반 액체 전해액’을 세계 최초로 적용했다. 이 전해액은 충·방전 시 리튬메탈 음극 표면에 형성되는 수 나노미터 두께의 고체 전해질 층을 재구성해 부식 반응을 차단하는 역할을 한다.

이를 통해 충방전 효율을 향상하고 1회 충전에 900㎞ 주행할 만큼 에너지 밀도를 높일 수 있다. 기존 고성능 전기차에 적용되는 리튬이온전지의 주행거리 약 600㎞보다 50% 높은 수준이다.

또 400회 이상 재충전이 가능해 수명 안정성을 확보할 수 있다. 다른 차세대 배터리인 전고체 전지와 달리 구동 시 높은 온도와 압력이 필요 없어 전지 시스템도 간소하게 설계할 수 있다.

김희탁 카이스트 생명화학공학과 교수는 “지금까지 실현 불가능하다고 여겨진 액체 전해액을 기반으로 하는 리튬메탈전지의 구현 가능성을 가시화한 연구”라고 말했다.