전기차.[123RF]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 한번 충전으로 서울~부산을 왕복할 수 있는 전기차 배터리 기술이 개발됐다.

카이스트(KAIST)는 생명화학공학과 김희탁 교수와 LG에너지솔루션 공동연구팀이 차세대 전지로 주목받고 있는 ‘리튬금속전지’ 성능을 획기적으로 늘릴 수 있는 원천기술을 개발했다고 7일 밝혔다.

공동연구팀은 1회 충전에 900㎞ 주행, 400회 이상 재충전이 가능한 리튬금속전지 연구 결과를 공개했다. 기존 리튬이온전지의 주행거리인 약 600㎞보다 50% 높은 수준이다.

리튬금속전지는 전기차의 주행거리를 크게 높일 수 있다는 것이 특징을 가지고 있다. 하지만 리튬금속은 전지의 수명과 안정성 확보를 어렵게 하는 '덴드라이트(Dendrite)' 형성과 액체 전해액에 의한 지속적인 부식(Corrosion)이 발생해 기술적 해결이 필요하다.

연구팀은 리튬금속전지의 구현을 위해 기존에 보고되지 않은 ‘붕산염-피란(borate-pyran) 기반 액체 전해액’을 세계 최초로 적용, 리튬금속 음극의 기술적 난제를 해결하고 그 근본원리를 규명했다.

붕산염-피란 전해액은 리튬금속 음극 표면에 형성된 수 나노미터 두께의 고체 전해질 층(Solid Electrolyte Interphase, SEI)를 치밀한 구조로 재구성함으로써 전해액과 리튬 간의 부식 반응을 차단한다.

리튬금속전지 기술 관련 인포그래픽.[KAIST 제공]

이 ‘고체 전해질 층 재구성(SEI restructuring)’ 기술은 덴드라이트와 부식 문제를 동시에 해결해 리튬금속 음극의 충전-방전 효율을 향상하는 것은 물론, 기존보다 배터리 음극재와 전해액의 무게를 크게 줄일 수 있어 에너지 밀도(Energy Density)를 높일 수 있는 특징이 있다.

특히 이번 연구에서 구현된 리튬금속전지는 구동 시 높은 온도와 압력이 요구되지 않아, 전기차의 주행거리를 높이기 위한 간소화된 전지 시스템 설계가 가능하다.

김희탁 KAIST 생명화학공학과 교수.[KAIST 제공]

김희탁 교수는 “이번 연구는 지금까지 실현 불가능하다고 여겨진 액체 전해액을 기반으로 하는 리튬금속전지의 구현 가능성을 가시화한 연구”라고 말했다.

이 연구결과는 세계적인 학술지 ‘네이처 에너지(Nature Energy)’에 11월 23일자 온라인 게재했다.

한편 이번 연구 성과는 카이스트와 LG에너지솔루션이 차세대 리튬금속전지 기술 개발을 위해 2021년 설립한 프론티어 연구소를 통해 이뤄진 것이다. 이처럼 대학과 기업이 힘을 모아 배터리 기술의 혁신을 이뤄내는 우수사례로 평가된다.