'붕산염-피란 전해액' 세계 최초 사용해 부식 차단
배터리·전해액 무게 줄이고 에너지 밀도 높여
(내외방송=정지원 기자) 한 번 충전만으로 서울과 부산을 왕복할 수 있는 차세대 전기차 배터리가 발명됐다.
최근 KAIST(한국과학기술원)에 따르면, 김희탁 생명화학공학과 교수 연구팀과 LG에너지솔루션 공동 연구팀이 차세대 전지로 주목받고 있는 '리튬금속전지'의 성능을 획기적으로 늘릴 수 있는 원천기술을 개발했다.
리튬금속은 전기차의 주행거리를 크게 늘릴 수 있지만, 배터리 내부에 가시 모양의 '덴드라이트'가 형성될 뿐만 아니라 부식도 발생해 수명과 안정성 확보가 어려웠다.
새로 개발된 리튬금속전지는 1회 충전만으로 900km를 주행하고, 400회 이상 재충전이 가능하다. 기존보다 50% 향상된 수준이다.
연구팀은 '붕산염-피란(탄소 5개, 산소 1개로 구성된 화합물) 기반 액체 전해액'을 세계 최초로 사용해 리튬금속의 한계점을 극복했다.
붕산염-피란 전해액은 리튬금속 음극(-) 표면에 형성된 매우 얇은(나노미터) 두께의 고체 전해질(전기를 띠는 물질이 물 등에 녹아 있음)층을 재구성함으로써 전해액과 리튬 간 부식 반응을 차단한 것이다.
고체 전해질층을 재구성하는 기술은 덴드라이트와 부식 문제를 동시에 해결함은 물론 리튬금속 음극의 충전과 방전 효율을 높일 수 있다. 또, 배터리 음극재(충전 시 리튬 이온을 받아들임)와 전해액의 무게를 크게 줄일 수 있어 에너지 밀도를 높일 수 있다.
특히, 이번 연구에서 개발된 리튬금속전지는 구동 시 고온과 고압이 필요하지 않아 전기차의 주행거리를 늘리기 위한 간소화된 전지 시스템 설계가 가능하다.
김 교수는 "이번 연구는 실현 불가능하다고 여긴 액체 전해액을 기반으로 리튬금속전지 구현 가능성을 가시화한 연구"라고 말했다.
권혁진 박사과정이 제1저자로, 프론티어 연구소가 기술 개발을 위해 참여한 이번 연구는 국제학술지인 '네이처 에너지(Nature Energy)'에 최근 온라인 게재됐다(논문명: Borate-pyran lean electrolyte-based Li-metal batteries with minimal Li corrosion).
