“폭발 위험 잡았다”… 삼성SDI, ‘리튬메탈 배터리’ 상용화 난제 해결

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삼성SDI가 주도하는 한미 공동연구팀이 ‘차세대 배터리’로 불리는 리튬메탈 배터리의 수명과 안전성을 늘리는 기술을 개발했다. 23일 삼성SDI는 미국 컬럼비아대와의 산학협력을 통해 리튬메탈 배터리에 적용할 수 있는 새로운 전해질 조성을 개발했다고 밝혔다.

리튬메탈 배터리는 기존 삼원계(NCM) 배터리에 비해 에너지 밀도가 1.6배에 달한다. 작은 공간에 많은 양의 에너지를 담아야 하는 웨어러블 기기 등에 쓰일 핵심 기술 가운데 하나로 꼽힌다. 다만 리튬메탈 배터리는 충·방전 횟수가 수십 회에 불과해 상용화에 제약이 따랐다.

삼성SDI와 컬럼비아대 공동연구팀은 ‘겔 고분자 전해질’을 적용해 리튬메탈 배터리의 성능 저해 요인으로 꼽히는 ‘덴드라이트’를 효과적으로 억제하는데 성공했다. 덴드라이트는 배터리를 충전할 때 양극에서 음극으로 이동하는 리튬이 음극 표면에 날카로운 가시 모양으로 축적되며 생기는 결정체다. 배터리의 수명을 줄이고 폭발을 유발할 수 있어 리튬메탈 배터리 상용화의 난제로 꼽혀왔다. 연구팀은 겔 형태의 고분자 전해질로 음극 표면에 안정적인 계면을 형성함으로서 덴드라이트 발생을 줄이는 방식을 개발했다.

삼성SDI 연구소가 주도한 이번 연구의 논문은 에너지 분야에서 세계 최고 권위를 갖고 있는 학술지 ‘줄’ 최신호에 기재됐다. 줄은 세계 3대 학술지인 ‘셀’을 발행하는 미국 ‘셀프레스’가 2017년 창간한 에너지분야 전문 학술지다.

주용락 삼성SDI 연구소장(부사장)은 “이번 논문은 리튬메탈 배터리의 취약점인 안전성 개선 기술이 학술적으로 검증을 받았다는 데 의미가 크다”고 말했다. 위안 양 컬럼비아대 교수는 “이번 연구 성과로 차세대 배터리 상용화에 한 걸음 다가서게 됐다”고 밝혔다.

박종민 기자 blick@donga.com