삼성SDI가 ‘차세대 배터리’로 불리는 리튬메탈 배터리의 수명과 안전성을 대폭 개선할 수 있는 기술을 개발했다. 리튬메탈 배터리는 흑연 음극재 대신 리튬메탈을 사용한 제품으로, 시판 중인 배터리 중 에너지 밀도가 가장 높다.삼성SDI는 미국 콜럼비아대와의 산학협력을 통해 리튬메탈 배터리의 수명과 안전성을 동시에 개선할 수 있는 새로운 전해질 조성(화학물질 성분의 구성 비율)을 개발했다고 23일 밝혔다. 에너지 밀도가 높은 대신 수명이 짧은 리튬메탈 배터리의 한계를 극복한 것이다.
리튬메탈 배터리는 니켈·코발트·망간(NCM) 등 삼원계 배터리에 비해 에너지 밀도가 1.6배가량 높다. 이에 따라 차세대 웨어러블 기기 등에 들어갈 핵심 배터리로 꼽히지만, 충·방전 가능 횟수가 수십 회에 불과한 게 단점이었다.
리튬메탈 소재 특유의 높은 반응성이 원치 않은 화학 반응을 불러일으켜서다. 배터리 충전 과정에서 발생하는 덴드라이트 효과가 대표적이다. 덴드라이트 효과는 리튬 이온이 음극 표면에 균일하게 달라붙지 않고 돌출된 결정체를 형성하는 현상이다. 배터리 내부에 리튬이온 결정체가 생기면 충전 용량이 줄어들고 화재 등 안전 문제가 발생할 수 있다.삼성SDI와 컬럼비아대 공동연구팀은 ‘겔 고분자 전해질’을 적용해 이 문제를 해결하고 성능을 개선할 수 있는 방안을 찾았다. 불소 성분을 활용한 전해질로 음극 표면에 안정적인 경계면을 형성하고, 이를 통해 덴드라이트를 억제했다는 설명이다.
업계는 이번 연구가 차세대 배터리의 에너지 효율과 안전성을 대폭 개선할 수 있는 기술적 접근법을 제시한 것으로 평가하고 있다. 세계 최고 권위의 에너지 분야 학술지로 꼽히는 ‘줄(Joule)’에 실린 논문엔 이승우 삼성SDI연구소 부사장, 위안 양 컬럼비아대 교수 등이 공동 저자로 등재됐다.
주용락 삼성SDI 연구소장(부사장)은 “이번 연구는 기존에 취약점으로 지적되던 리튬메탈 배터리의 안전성을 개선한 기술이 학술적으로 검증받았다는 데 의미가 있다”며 “앞으로도 국내외 연구 네트워크를 기반으로 차세대 배터리 기술 확보에 속도를 낼 것”이라고 말했다.
안시욱 기자 siook95@hankyung.com
관련뉴스
