삼성SDI는 미국 컬럼비아대와 산학협력을 통해 리튬메탈 배터리의 수명과 안전성을 동시에 향상시킬 수 있는 새로운 전해질 조성을 개발하는 데 성공했다고 23일 밝혔다.
이번 연구는 현존하는 기술 가운데 에너지 밀도가 가장 높지만 수명이 상대적으로 짧은 리튬메탈 배터리의 한계를 극복한 것이 핵심이다. 리튬메탈 배터리는 기존 삼원계 배터리에 비해 에너지 밀도가 1.6배에 달해 차세대 웨어러블 기기 등 미래 산업의 핵심 기술 가운데 하나로 꼽히지만 충방전 가능 횟수가 수십 회에 불과해 상용화에 제약이 있었다.
삼성SDI와 컬럼비아대 공동연구팀은 '겔 고분자 전해질'을 적용했다. 불소 성분을 활용한 겔 고분자 전해질을 개발해 음극 표면에서 안정적인 계면을 형성하는 방식이다. 리튬메탈 배터리의 수명을 늘리는 동시에 안전성도 향상시켰다는 게 삼성SDI의 설명이다.
삼성SDI 공동연구팀이 발견한 이 방법은 리튬메탈 배터리의 성능 저해 요인이 됐던 덴드라이트를 효과적으로 억제한다는 게 드러났다. 덴드라이트란 배터리 충전 시 양극에서 음극으로 이동하는 리튬이 음극 표면에 쌓이면서 나타나는 결정체다. 이는 배터리 수명과 안전성을 떨어뜨리는 요인이 된다.
삼성SDI 연구소가 주도한 이번 연구 논문은 세계 최고 권위의 에너지 분야 학술지인 '줄(Joule)' 최신호에 게재됐다. 줄(Joule)은 세계 3대 학술지인 '셀'(Cell)을 발행하는 미국 '셀 프레스'(Cell Press)가 2017년 창간한 에너지 분야 전문 학술지다.
논문에는 삼성SDI 연구소의 이승우 부사장과 우현식 프로가, 삼성SDI 미국 연구소(SDIRA)의 김용석 소장과 양 리(Yang Li)·위안위안 마(Yuanyuan Ma) 프로가 공동저자로 등재됐다. 위안 양(Yuan Yang) 컬럼비아대 교수도 공동저자에 이름을 올렸다.
주용락 삼성SDI 연구소장(부사장)은 "이번 논문은 기존에 취약점으로 지적되던 리튬메탈 배터리의 안전성을 개선한 기술이 학술적으로 검증받았다는 데 의미가 크다"며 "앞으로도 국내외 연구 네트워크를 기반으로 차세대 배터리 기술 확보에 속도를 낼 것"이라고 말했다.