한국재난안전뉴스 이충섭 기자 | 전기차 상용화의 가장 중요한 이슈는 배터리 성능이다. 그래서 글로벌 전기차 업계에서 개발경쟁이 가장 치열한 것이 배터리다. 화재 위험을 줄이면서도, 더 빠른 시간에, 한번 충전으로 더 멀리 가게 할 수 있는 기술이 핵심이다. 

LG에너지솔루션(대표 김종현)이 이러한 장점을 지닌 '꿈의 배터리'로 불리는 '상온 충전 전고체 배터리' 상용화에 바짝 다가섰다. 

LG에너지솔루션은 25일 미국 샌디에이고 대학교(UCSD)와 공동 연구로 기존 60도 이상에서만 충전이 가능했던 기술적 한계를 넘어, 상온에서도 빠른 속도로 충전이 가능한 장수명 전고체 배터리 기술을 개발했다고 밝혔다. 실리콘을 적용한 전고체 배터리 중 상온에서 충전과 방전 수명이 500회 이상인 건 처음이다. 500회 이상 충방전이 이후에도 잔존용량이 80%나 유지됐다고 한다. 

논문은 지난 24일 세계 과학계 연구성과 지표의 기준이 되는 과학저널 '사이언스'지(373권 6562호)에 실렸다. 

전고체(solid-sater battery) 배터리는 전해질이 고체이기 때문에 충격에 의한 누액 위험이 없고, 인화성 물질이 포함되지 않아 발화 가능성이 낮아 상대적으로 안전한 것으로 평가받고 있다.  또 액체 전해질보다 에너지 밀도가 높으며 충전 시간도 리튬이온 배터리보다 짧다. 대용량이 구현이 가능해 완전 충전할 경우 전기차의 최대 주행거리를 800km로 늘릴 수 있다

기존 전고체 배터리의 경우, 에너지 밀도 향상을 위해 리튬 금속을 음극으로 적용해, 온도에 민감해 60도 혹은 그 이상의 고온 환경에서만 충전할 수 있는데다 느린 충전 속도가 한계로 지적돼 왔다. 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 전고체 배터리의 음극에서 도전(導電)재와 바인더를 제거하고 5um(마이크로미터) 내외의 입자 크기를 가진 ‘마이크로 실리콘 음극재’를 적용했다.

실리콘 음극재는 기존 흑연 음극재에 비해 10배 높은 용량을 가져 배터리의 에너지 밀도 향상을 위한 필수 소재로 손꼽히지만, 충방전 중 큰 부피 변화 때문에 실제 적용이 까다로운 소재로 알려져 있다.

현재 스마트폰, 전기자동차 등에 탑재되는 리튬이온배터리는 액체 전해질을 사용하기 때문에 온도 변화로 배터리가 팽창되거나 외부 충격으로 내부액이 흘러나오는 등의 손상을 입었을 때 화재, 폭발 등이 발생할 수 있다. 전고체 배터리는 전해질이 고체기 때문에 구조적으로 더 안정적이고 훼손됐을 때도 형태가 유지되기 때문에 더욱 안전하다.

LG에너지솔루션 CPO 김명환 사장은 "이번 연구 결과를 통해 차세대 배터리로 각광받고 있는 전고체 배터리 상용화에 한 걸음 더 다가가게 됐다”며 “적극적인 오픈 이노베이션 전략을 통해 차세대 배터리 분야에서도 차별화된 기술력으로 세계 시장을 선도해나갈 것”이라고 말했다.