LG에너지솔루션-KAIST, 리튬메탈전지 12분 급속충전 기술 개발

800km 주행·30만km 수명 확보

차세대 배터리 상용화 앞당겨

 

LG에너지솔루션 폴란드 브로츠와프 공장. [사진=LG에너지솔루션]

LG에너지솔루션과 KAIST가 차세대 배터리로 꼽히는 리튬메탈전지의 충전 속도를 획기적으로 단축하는 데 성공했다. 기존 리튬이온 배터리 대비 에너지 밀도를 크게 높이면서도 충전 시간을 12분으로 줄여 전기차 1회 충전 주행거리 800km, 누적 주행거리 30만km를 구현할 수 있는 기술이다.

양측 공동 연구조직인 FRL(Frontier Research Laboratory)은 4일 관련 연구 결과를 에너지 분야 최고 권위 학술지 ‘네이처 에너지(Nature Energy)’에 게재했다고 밝혔다. 지난 2023년에 이어 두 번째 성과다.

리튬메탈전지는 흑연 음극 대신 리튬메탈을 적용해 에너지 밀도를 크게 끌어올릴 수 있지만, 급속 충전 시 '덴드라이트'가 형성돼 단락과 수명 저하를 일으키는 한계가 있었다. 연구팀은 덴드라이트의 근본 원인이 불균일한 계면 반응에 있음을 규명하고, 이를 억제하는 신규 액체 전해액을 세계 최초로 개발했다.

새 전해액은 리튬 이온과의 결합력이 약한 음이온 구조를 활용해 계면 불균일성을 최소화하고, 급속 충전 환경에서도 안정성을 확보한다. 이를 통해 리튬메탈전지의 가장 큰 난제였던 충전 속도 문제를 해결한 것이다.

김제영 LG에너지솔루션 CTO는 "4년간의 산학 협력이 의미 있는 결실을 맺었다"며 "차세대 배터리 분야에서도 세계 최고 수준의 성과를 내겠다"고 말했다. KAIST 김희탁 교수는 “리튬메탈전지 상용화를 가로막던 가장 큰 장벽을 넘어섰다”고 평가했다.

한편 LG에너지솔루션은 KAIST 외에도 미국 UCSD, 독일 뮌스턴 대학·헬름홀츠 연구소 등과 FRL을 운영하며 차세대 배터리 기술 확보에 속도를 내고 있다.

최대진 SK온 ESS사업실장은 "이번 계약은 배터리 기술과 사업 포트폴리오 확장의 중요한 성과"라며 "첨단 기술과 현지 생산 역량을 기반으로 북미 ESS 시장에서 입지를 강화해 나가겠다"고 말했다.

조나단 푸어 플랫아이언 COO는 "현지 생산 능력을 갖춘 글로벌 배터리사와의 협력은 전략적 가치가 크다”며 “이번 파트너십을 계기로 다수 프로젝트에서 협력을 이어가길 기대한다"고 밝혔다.

플랫아이언은 2021년 설립된 북미 재생에너지 개발사로, ESS 부지 확보부터 설계·시공·운영까지 전 과정을 총괄한다. 세계 최대 자산운용사 블랙록(BlackRock)과 사모펀드 헐 스트리트 에너지(Hull Street Energy)로부터 투자를 유치한 바 있다.