차세대 리튬메탈 배터리, 수명·안정성 난제 해법 찾았다

삼성SDI·미 컬럼비아대 연구팀
수명 등 향상 개발…논문 발표
“차세대 배터리 상용화 진전”

삼성SDI가 주도하는 한미 공동연구팀이 차세대 배터리로 주목받는 리튬메탈 배터리의 성능을 획기적으로 개선할 수 있는 기술을 개발했다. 현존하는 기술 가운데 에너지 밀도가 가장 높지만 수명이 상대적으로 짧은 리튬메탈 배터리의 한계를 극복한 것이 핵심이다.

삼성SDI는 미국 컬럼비아 대학과 산학협력을 통해 리튬메탈 배터리의 수명과 안전성을 동시에 향상할 수 있는 새로운 전해질 조성을 개발하는 데 성공했다고 23일 밝혔다.

리튬메탈 배터리는 기존 삼원계 배터리에 비해 에너지 밀도가 1.6배에 달해 차세대 웨어러블 기기 등 미래 산업의 핵심 기술 가운데 하나로 꼽힌다. 하지만 충·방전 가능 횟수가 수십 회에 불과해 상용화에 제약이 있었다.

삼성SDI와 컬럼비아대 공동연구팀은 ‘겔 고분자 전해질’을 적용해 리튬메탈 배터리의 수명을 늘리고 안전성도 높일 수 있는 돌파구를 찾았다. 불소 성분을 활용한 겔 고분자 전해질을 개발, 기존 리튬메탈 배터리의 성능 저해 요인이 됐던 덴드라이트(충전 시 배터리 음극 표면에 쌓이는 결정체)를 효과적으로 억제한 것이다. 이번 연구 결과에 대해 업계에서는 차세대 배터리의 에너지 효율과 안전성을 대폭 개선해 배터리 산업의 ‘게임체인저’가 될 것이라는 기대가 나온다.

해당 내용이 담긴 연구 논문은 세계 최고 권위의 에너지 분야 학술지인 ‘줄’ 최신호에 게재됐다. 줄은 세계 3대 학술지인 ‘셀’을 발행하는 미국 ‘셀 프레스’가 2017년 창간한 에너지 분야 전문 학술지다.

논문에는 삼성SDI 연구소의 이승우 부사장과 우현식 프로, 삼성SDI 미국 연구소의 김용석 소장과 양 리·위안위안 마 프로, 컬럼비아대 위안 양 교수 등이 공동 저자로 이름을 올렸다.

주용락 삼성SDI 연구소장(부사장)은 “이번 논문은 기존에 취약점으로 지적되던 리튬메탈 배터리의 안전성을 개선한 기술이 학술적으로 검증받았다는 데 의미가 크다”면서 “앞으로도 국내외 연구 네트워크를 기반으로 차세대 배터리 기술 확보에 속도를 낼 것”이라고 말했다. 위안 양 교수는 “이번 연구 성과로 인해 차세대 배터리의 상용화에 한 걸음 다가서게 됐다”고 했다.