삼성전자 종합기술원, 차세대 '전고체전지' 혁신기술 네이처 에너지에 실려

입력 2020-03-10 08:26:04

전기차 배터리 크기 절반으로 줄일 수 있는 원천기술 개발

1회 충전으로 800km 주행, 1000회 이상 재충전 가능

삼성전자 차세대 '전고체전지' 혁신기술을 개발한 (왼쪽부터) 유이치 아이하라 Principal Engineer(교신저자), 이용건 Principal Researcher(1저자), 임동민 Master(교신저자) [삼성전자 제공]

[헤럴드경제 정세희 기자]삼성전자 종합기술원이 차세대 배터리로 주목받고 있는 전고체전지의 수명과 안전성을 높이는 동시에 크기를 반으로 줄일 수 있는 원천기술을 세계적인 학술지 '네이처 에너지(Nature Energy)'에 게재했다고 10일 밝혔다.

삼성전자에 따르면 삼성전자 종합기술원은 최근 1회 충전에 800km 주행하고 1000회 이상 배터리 재충전이 가능한 전고체전지 연구 성과를 이뤘다. 이는 삼성전자 일본연구소와 공동으로 연구한 결과다.

전고체전지는 배터리의 양극과 음극 사이에 있는 전해질을 액체에서 고체로 대체하는 것을 말한다. 현재 사용중인 리튬-이온전지와 비교해 대용량 배터리 구현이 가능하고 안전성을 높인 것이 특징이다.

일반적으로 전고체전지에 사용되는 배터리 음극 소재는 ‘리튬금속’이다. 그러나 리튬금속은 전고체전지의 수명과 안전성을 낮추는 ‘덴드라이트(Dendrite)’ 문제를 해결해야 하는 난제가 있었다. 덴드라이트는 배터리를 충전할 때 양극에서 음극으로 이동하는 리튬이 음극 표면에 적체되며 나타나는 나뭇가지 모양의 결정체다. 이 결정체가 배터리의 분리막을 훼손해 수명과 안전성이 낮아진다.

삼성전자는 덴드라이트 문제를 해결하기 위해 전고체전지 음극에 5마이크로미터(100만분의 1미터) 두께의 은-탄소 나노입자 복합층을 적용한 '석출형 리튬음극 기술'을 세계 최초로 적용했다.

이 기술은 전고체전지의 안전성과 수명을 증가시키고 기존보다 배터리 음극 두께를 얇게 만들어 에너지밀도를 높일 수 있어 리튬-이온전지 대비 크기를 절반 수준으로 줄일 수 있다는 장점이 있다.

임동민 삼성전자 종합기술원 마스터는 “이번 연구는 전기자동차의 주행거리를 혁신적으로 늘리는 핵심 원천기술이다”며 “전고체전지 소재와 양산 기술 연구를 통해 차세대 배터리 한계를 극복해 나가겠다”고 말했다.

삼성전자 종합기술원은 삼성의 미래 선행기술 연구개발을 주도하고 있다. 최근 ‘자발광 QLED 상용화 가능성’, ‘비(非) 침습 혈당 측정 가능성’ 등 연구결과를 세계적인 학술지에 잇따라 게재하며 연구 성과를 인정받고 있다.