LG에너지솔루션과 카이스트(KAIST)의 공동 연구팀인 프론티어리서치랩(FRL)이 리튬메탈전지의 충전 속도를 12분으로 단축하는 데 성공했다. 누적 주행거리 30만㎞를 확보한 연구 결과는 네이처 에너지에 게재되며 상용화 기대를 키우고 있다. LG에너지솔루션은 4일 FRL 연구팀이 1회 충전에 800㎞ 이상 주행, 누적 주행거리 30만㎞ 이상의 수명을 확보하면서 충전 시간을 12분까지 단축할 수 있는 리튬메탈전지 연구 결과를 세계적인 학술지 '네이처 에너지'에 게재했다고 밝혔다. 이번 기술은 지난 2023년 발표해 네이처 에너지에 게재된 '저부식성 붕산염-피란 액체 전해액 기반 리튬메탈전지'의 후속 연구다. 방전 효율과 에너지 밀도 개선은 물론 리튬메탈전지의 난제로 꼽히던 충전 속도에서 진일보한 연구 결과를 제시했다는 점에서 의미가 깊다. 리튬메탈전지는 흑연 음극을 리튬메탈로 대체한 배터리로 음극재의 무게와 부피를 줄일 수 있어 에너지 밀도와 주행거리를 향상시킬 수 있는 차세대 전지다. 리튬메탈전지를 통해 고성능 전기차의 평균 주행거리를 600㎞에서 800㎞ 이상으로 높일 수 있다. 하지만 충전 과정에서 발생하는 '덴드라이트'(수지상 리튬 전착 현상) 문제가 수명 단축과 안정성 저하를 불러와 상용화의 걸림돌로 지적돼 왔다. 특히 급속충전 조건에서 덴드라이트 현상이 심화되며 단락을 유발할 수 있다는 점이 큰 장애였다. FRL 공동연구팀은 급속 충전 시 덴드라이트 형성의 근본적 원인이 리튬메탈 표면에서의 불균일한 계면 응집반응 때문임을 규명하고 이 문제를 해결할 수 있는 응집 억제형 신규 액체 전해액을 '세계 최초'로 개발했다. 이 신규 액체 전해액은 리튬 이온과의 결합력이 약한 음이온 구조를 활용해 리튬 계면 상의 불균일성을 최소화한다. 또 급속 충전 시에도 덴드라이트 성장을 효과적으로 억제한다. 이 기술은 높은 에너지 밀도를 유지하면서도 기존 리튬메탈전지 한계로 지적되던 '느린 충전 속도' 문제를 극복했다는 점에서 의미가 크다. 충전 속도를 12분까지 단축하면서도 안전성과 수명을 확보해 리튬메탈전지의 상용화를 앞당길 것으로 기대된다. 김제영 LG에너지솔루션 전무는 "FRL을 통해 이어온 지난 4년간의 협력이 유의미한 성과를 창출하고 있다"며 "앞으로도 산학 협력을 더욱 강화해 기술적인 난제를 해결하고 차세대 배터리의 분야에서도 최고의 성과를 창출해 나가겠다"고 말했다. 김희탁 카이스트 생명화학공학과 교수는 "이번 연구는 계면 구조에 대한 이해를 통해 리튬메탈전지의 기술적 난제를 돌파하는 핵심 토대가 됐다"며 "리튬메탈전지가 전기차에 도입되기 위한 가장 큰 장벽을 넘어섰다"라고 했다. 박한나 기자 park27@dt.co.kr