삼성SDI 연구팀, 리튬메탈 배터리 난제 해결… 차세대 배터리 상용화 앞당긴다

에너지 권위지 ‘줄(Joule)’ 게재
수명·안전성 개선한 핵심 기술 확보

[포인트경제] 삼성SDI가 차세대 배터리의 핵심으로 꼽히는 리튬메탈 배터리의 수명과 안전성 문제를 동시에 해결할 수 있는 기술적 돌파구를 마련했다.

삼성SDI는 23일, 한미 산학협력 연구를 통해 리튬메탈 배터리의 수명과 안전성을 동시에 향상시킬 수 있는 새로운 전해질 조성을 개발하는 데 성공했다고 밝혔다.

(왼쪽부터) 삼성SDI 연구소 차세대개발팀장 이승우 부사장, 삼성SDI 미국연구소(SDIRA) 김용석 소장, 컬럼비아대학교 위안 양(Yuan Yang) 교수 /삼성SDI 제공

삼성SDI 연구소와 미국 연구소(SDIA), 미국 컬럼비아 대학교가 공동 참여한 이번 연구는 에너지 밀도가 가장 높은 리튬메탈 배터리의 단점인 짧은 수명을 극복하는 데 초점을 맞췄다. 리튬메탈 배터리는 기존 삼원계 배터리 대비 에너지 밀도가 1.6배 높아 차세대 웨어러블 기기 등 미래 산업의 핵심 기술로 꼽히지만, 충방전 가능 횟수가 수십 회에 불과해 상용화에 제약이 있었다.

삼성SDI와 컬럼비아대 공동연구팀은 겔 고분자 전해질을 적용해 리튬메탈 배터리의 수명을 늘리고 안전성도 높였다. 특히 불소 성분을 활용한 겔 고분자 전해질이 음극 표면에 안정적인 계면을 형성하는 방식을 통해 기존 리튬메탈 배터리의 성능 저해 요인이었던 덴드라이트 형성을 효과적으로 억제했다. 덴드라이트는 충전 시 리튬이 음극 표면에 쌓여 배터리 수명과 안전성을 떨어뜨리는 결정체다.

이 연구 결과는 차세대 배터리의 에너지 효율과 안전성을 대폭 개선할 수 있는 새로운 기술 접근법을 제시해 배터리 업계의 게임체인저로 평가받는다. 연구 논문은 세계 최고 권위의 에너지 분야 학술지인 줄(Joule) 최신호에 게재됐다. 줄은 미국 셀 프레스(Cell Press)가 2017년 창간한 에너지 분야 전문 학술지로 세계적으로 영향력 있는 저널 중 하나다.

줄(Joule) 로고

논문 공동 저자로는 삼성SDI 연구소 이승우 부사장, 우현식 프로, 삼성SDI 미국 연구소 김용석 소장과 양 리, 위안위안 마 프로, 그리고 컬럼비아대 위안 양 교수가 이름을 올렸다. 이번 연구는 국내외 연구소와 대학 간 글로벌 산학 협력의 모범 사례로 평가받는다.

삼성SDI 주용락 연구소장(부사장)은 "이번 논문은 리튬메탈 배터리의 취약점으로 지적된 안전성을 개선한 기술이 학술적으로 검증받았다는 점에서 의미가 크다"며 "앞으로도 국내외 연구 네트워크를 기반으로 차세대 배터리 기술 확보에 속도를 낼 것"이라고 말했다. 컬럼비아대 위안 양 교수는 "이번 연구 성과로 차세대 배터리 상용화에 한 걸음 다가섰다"고 밝혔다.

이번 기술 개발은 리튬메탈 배터리 상용화 가능성을 높여 차세대 웨어러블 기기 등 고에너지 밀도 배터리를 필요로 하는 산업 분야 발전에 기여할 전망이다.