LG엔솔, 전고체 배터리 '상온 충전' 기술 개발했다

백승룡 기자입력 2021-09-24 13:17:24
기존 60℃ 이상에서만 충전이 가능했던 한계 극복…과학저널 '사이언스'에 실려 나노 실리콘 대신 마이크로 실리콘 적용…오픈 이노베이션 실제 성과로 이어져

LG에너지솔루션과 미국 샌디에이고대학교가 공동 개발한 상온 구동 장수명 전고체 전지의 충전 방식.[사진=LG에너지솔루션 제공]

 LG에너지솔루션이 '차세대 배터리'로 각광받는 전고체 배터리와 관련해 상온에서도 충전이 가능한 기술을 개발했다.

LG에너지솔루션은 24일 미국 샌디에이고대학교(UCSD)와 공동으로 진행한 연구에서 상온에서도 빠른 속도로 충전이 가능한 장수명 전고체 배터리 기술을 개발했다고 밝혔다. 상온은 통상 25℃를 의미하는 것이어서 기존 60℃ 이상에서만 충전이 가능했던 기술적 한계를 뛰어넘었다.

이번 연구 결과는 최고 권위의 과학 저널 '사이언스(Science)'지(373권 6562호)에 실려 성과를 인정받았다.

전고체 배터리는 배터리의 양극과 음극 사이에 있는 액체 전해질을 고체로 대체한 형태다. 현재 전기차 배터리의 주류인 리튬-이온 배터리보다 에너지 밀도가 높고, 화재 위험성이 낮아 안정성도 강화할 수 있는 차세대 배터리로 꼽힌다.

다만 전고체 배터리는 에너지 밀도를 높이기 위해 리튬 금속을 음극으로 적용, 온도에 민감해 60℃ 이상의 고온 환경에서만 충전할 수 있는 데다가 충전 속도도 느리다는 한계가 있었다.

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 전고체 배터리의 음극에서 도전(導電)재와 바인더를 제거하고 5㎛(마이크로미터) 내외의 입자 크기를 가진 '마이크로 실리콘 음극재'를 적용했다. 실리콘 음극재는 기존 흑연 음극재보다 10배 높은 용량을 지녀 배터리의 에너지 밀도 향상을 위한 필수 소재다.

실리콘 음극재의 단점은 충전·방전 과정에서 부피 변화가 커 적용이 까다롭다는 것이다. 기존 연구에서는 실리콘 음극재의 부피 변화를 억제하기 위해 100nm(나노미터, 0.1마이크로미터) 이하의 입자 크기를 가진 나노 실리콘을 적용해 왔다. 반면 이번 연구에서는 마이크로 실리콘을 적용해 나노 실리콘보다 저렴하고 사용이 더 용이하다는 이점이 있다고 LG에너지솔루션 측은 설명했다.

LG에너지솔루션은 "500번 이상의 충전과 방전 이후에도 80% 이상의 잔존 용량을 유지하고, 현재 상용화된 리튬이온 배터리보다 에너지 밀도도 약 40% 높일 수 있어 전고체 배터리의 상용화를 위한 기술적 진일보를 이뤄낸 것"이라고 밝혔다.

김명환 LG에너지솔루션 최고제품책임자(CPO) 사장은 "UCSD와 함께 한 이번 연구 결과를 통해 차세대 배터리로 각광받는 전고체 배터리 상용화에 한 걸음 더 다가가게 됐다"며 "앞으로도 적극적인 오픈 이노베이션 전략을 통해 차세대 배터리 분야에서도 차별화된 기술력으로 세계 시장을 선도해나갈 것"이라고 말했다.

LG에너지솔루션은 오픈 이노베이션 차원에서 매년 '배터리 이노베이션 콘테스트(Battery Innovation Contest)'를 열고 있다. 이번 연구 결과는 콘테스트의 지원 과제가 실제 성과로 이어진 사례다.


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