"이거 진짜야?" 국내 기술력으로 만든 꿈의 배터리
KAIST-LG엔솔, ‘리튬메탈전지’ 난제 해결
이해를 돕기 위한 이미지 /사진=게티이미지뱅크국내 연구진이 세계 배터리 업계가 풀지 못한 숙제를 해결하며, 전기차 시장의 패러다임 전환에 한 발 더 다가섰다.
KAIST와 LG에너지솔루션 공동 연구팀이 리튬메탈전지의 가장 큰 걸림돌이었던 덴드라이트 문제를 억제하는 기술을 개발해, 학계와 산업계의 주목을 받고 있다.
이번 연구 결과는 글로벌 학술지 네이처 에너지(Nature Energy)에 게재됐다.
800km 주행·12분 충전, ‘꿈의 배터리’ 실현 가능성
LG에너지솔루션-KAIST FRL 연구팀의 신규 리튬메탈전지 기술 /사진=LG에너지솔루션리튬메탈전지는 기존 리튬이온전지의 음극재(흑연·실리콘)를 리튬 금속으로 대체한 차세대 전지다. 이론적으로 에너지 밀도를 최대 10배까지 높일 수 있어, 전기차가 한 번 충전으로 800km 이상 주행할 수 있는 가능성을 제시한다.
또 12분 만에 초고속 충전이 가능해지면, 전기차 보급의 가장 큰 걸림돌인 ‘충전 불편’을 획기적으로 줄일 수 있다. 이러한 특성 때문에 리튬메탈전지는 업계에서 ‘꿈의 배터리’로 불린다.
하지만 리튬메탈전지에는 치명적인 약점이 있었다. 충전 과정에서 리튬 표면에 덴드라이트(dendrite)라 불리는 나뭇가지 모양의 결정체가 자라나며, 배터리 내부 분리막을 손상시킨다.
이는 화재·폭발 위험뿐 아니라 수명 단축으로 이어져, 특히 급속 충전 환경에서 문제가 심각해졌다. 테슬라를 비롯한 글로벌 선두 기업들조차 이 난제를 해결하지 못해 상용화가 지연돼 왔다.
응집 억제형 전해액으로 덴드라이트 억제 성공
LG에너지솔루션-KAIST FRL 연구팀 /사진=KAISTKAIST-LG에너지솔루션 연구팀은 덴드라이트 발생의 근본 원인을 리튬 표면 반응 불균일성으로 규명했다. 이를 바탕으로, 리튬 이온과의 결합력이 약한 새로운 분자 구조의 ‘응집 억제형 액체 전해액’을 개발했다.
이 전해액은 리튬 이온이 표면에 균일하게 부착되도록 유도해, 덴드라이트 형성 자체를 막는 원리로 작동한다. 이 breakthrough는 리튬메탈전지 상용화를 가로막던 최대 난제를 사실상 해소한 것으로 평가된다.
2030년 이후 상용화 전망, 글로벌 배터리 패권 경쟁 주도
이해를 돕기 위한 이미지 /사진=게티이미지뱅크이번 성과로 리튬메탈전지가 상용화의 문턱을 넘었지만, 실제 전기차 적용까지는 시간이 필요하다.
업계는 대량 생산 체계 확립과 장기적 안전성 검증이 뒤따라야 한다는 점에서 2030년 이후 본격 보급이 가능할 것으로 전망한다.
그럼에도 이번 기술은 전고체 전지와 함께 미래 배터리 시장에서 대한민국이 기술 패권을 선도할 수 있다는 가능성을 보여준 의미 있는 성과로 평가된다.
KAIST와 LG에너지솔루션이 공동으로 개발한 리튬메탈전지 기술은 전기차 배터리의 판도를 바꿀 혁신으로 꼽힌다.
800km 이상 주행거리와 12분 초고속 충전이 현실화된다면, 전기차 보급 속도는 한층 빨라질 전망이다. 이번 성과는 한국 배터리 산업이 글로벌 경쟁에서 기술 리더십을 확보하는 중대한 발판이 될 것으로 기대된다.
