[더테크 이승수 기자]  국내 연구진이 전기차 배터리의 ‘꿈의 기술’로 불리는 리튬메탈전지의 최대 난제인 덴드라이트 문제를 해결했다. 이번 성과로 전기차는 한 번 충전으로 최대 800km 주행, 누적 30만km 이상 수명, 12분 초고속 충전이 가능한 차세대 배터리 시대에 한 발 더 다가서게 됐다.

KAIST는 4일, 생명화학공학과 김희탁 교수 연구팀이 LG에너지솔루션과 공동으로 운영 중인 프론티어 연구소(FRL)에서 리튬메탈전지의 성능을 획기적으로 끌어올릴 수 있는 ‘응집 억제형 신규 액체 전해액’ 원천 기술을 개발했다고 밝혔다.

리튬메탈전지는 기존 리튬이온전지의 흑연 음극을 리튬메탈로 대체해 에너지밀도를 크게 높일 수 있지만, 충전 과정에서 나뭇가지 모양의 리튬 결정체인 덴드라이트(Dendrite)가 형성돼 수명과 안정성을 해친다는 한계가 있었다. 특히 급속 충전 시 덴드라이트가 심각하게 발생해 내부 단락을 일으키는 것이 기술 상용화의 가장 큰 걸림돌로 지적돼 왔다.

FRL 공동연구팀은 덴드라이트 발생의 근본 원인이 리튬메탈 표면에서 일어나는 불균일한 계면 응집 반응임을 규명하고, 이를 제어할 수 있는 새로운 전해액을 개발했다. 이번에 개발된 액체 전해액은 리튬 이온과의 결합력이 약한 음이온 구조를 활용해 계면 불균일성을 최소화하고, 급속 충전 환경에서도 덴드라이트 성장을 효과적으로 억제하는 특징을 갖는다.

이를 통해 리튬메탈전지는 높은 에너지밀도를 유지하면서도 기존의 충전 속도 한계를 극복, 장거리 주행과 초고속 충전이 동시에 가능한 차세대 배터리로 도약할 수 있게 됐다.

LG에너지솔루션 김제영 CTO는 “KAIST와 함께한 4년간의 협력이 의미 있는 성과로 이어지고 있다”며 “앞으로도 산학 협력을 강화해 차세대 배터리 분야에서 세계 최고 수준의 성과를 창출하겠다”고 밝혔다.

KAIST 김희탁 교수는 “이번 연구는 계면 구조에 대한 근본적인 이해를 통해 리튬메탈전지 상용화의 가장 큰 장벽을 넘어선 성과”라며 “전기차 도입을 앞당기는 핵심 기술 토대를 마련했다”고 평가했다.