KAIST와 LG에너지솔루션 공동연구팀이 리튬메탈전지의 난제였던 덴드라이트 문제를 해결하며 전기차 배터리 기술의 새로운 전환점을 마련했다. 이번 성과는 리튬이온전지가 제공하던 600km 주행거리 한계를 넘어, 12분 충전으로 800km 주행을 가능케 하는 차세대 배터리 상용화에 청신호를 켰다.
KAIST 생명화학공학과 김희탁 교수와 LG에너지솔루션이 함께 운영하는 프론티어 연구소(FRL) 연구팀은 ‘응집 억제형 신규 액체 전해액’ 원천기술을 개발했다고 밝혔다. 리튬메탈전지는 흑연 음극을 리튬메탈로 대체한 차세대 전지로, 높은 에너지밀도를 자랑하지만 충전 시 발생하는 덴드라이트 문제로 안정성과 수명이 제한됐다. 덴드라이트는 나뭇가지 모양의 리튬 결정체로, 전극 내부 단락을 유발해 급속 충전이 사실상 불가능한 상태였다.
공동연구팀은 덴드라이트 발생 원인이 리튬메탈 표면에서의 불균일한 계면 응집반응임을 규명하고, 이를 억제하는 새로운 액체 전해액을 제시했다. 이 전해액은 리튬 이온과의 결합력이 낮은 음이온 구조를 활용해 계면 불균일성을 최소화하고, 급속 충전 상황에서도 덴드라이트 성장을 효과적으로 막는 특징을 보였다. 그 결과, 전지는 1회 충전 시 800km 주행, 12분 초고속 충전, 누적 30만 km 이상의 긴 수명을 확보할 수 있었다.
LG에너지솔루션 김제영 CTO는 “FRL을 통해 이어온 4년간의 협력이 의미 있는 결실을 맺고 있다”며 “앞으로도 산학 협력을 강화해 차세대 배터리 분야에서도 성과를 이어갈 것”이라고 말했다. 김희탁 KAIST 교수는 “이번 연구는 리튬메탈전지가 전기차 적용을 위한 가장 큰 장벽을 넘어선 사례”라며 “계면 구조 이해를 바탕으로 새로운 응용 가능성을 열었다”고 강조했다.
이번 연구는 KAIST 권혁진 박사가 제1 저자로 참여했으며, 세계적 학술지 ‘네이처 에너지(Nature Energy)’ 9월 3일 자에 게재됐다.
헬로티 이창현 기자 |
