삼성SDI, '리튬메탈 배터리' 수명·안정성 강화 소재 개발

미 컬럼비아 대학과 산학협력…글로벌 에너지 학술지에 연구결과 게재

삼성SDI가 주도하는 한미 공동연구팀이 차세대 배터리 중 하나인 리튬메탈 배터리의 성능을 개선할 수 있는 기술을 개발했다.

삼성SDI는 미국 컬럼비아 대학과 산학협력해 리튬메탈 배터리의 수명과 안전성을 동시에 향상시킬 수 있는 새로운 전해질 조성을 개발했다고 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 산업 핵심 기술 가운데 하나로 꼽히지만 충방전 가능 횟수가 수십 회에 불과해 상용화에 제약이 있었다.

왼쪽부터 이승우 삼성SDI 연구소 차세대개발팀장 부사장, 김용석 삼성SDI 미국연구소(SDIRA) 소장, 위안 양 컬럼비아대학교 위안 양 교수

삼성SDI와 컬럼비아대 공동연구팀은 겔 고분자 전해질을 적용, 리튬메탈 배터리의 수명을 늘리는 동시에 안전성도 향상시켜 이런 오랜 문제를 해결할 수 있는 돌파구를 찾았다.

불소 성분을 활용한 겔 고분자 전해질을 개발, 음극 표면에서 안정적인 계면을 형성하는 방식으로 기존 리튬메탈 배터리의 성능 저해 요인이 됐던 '덴드라이트'를 효과적으로 억제했다. 덴드라이트는 배터리 충전 시 양극에서 음극으로 이동하는 리튬이 음극 표면에 쌓이면서 나타나는 결정체로, 배터리 수명과 안전성을 떨어뜨린다.

업계에서는 이번 연구 결과에 대해 차세대 배터리의 에너지 효율과 안전성을 대폭 개선할 수 있는 새로운 기술 접근법을 제시함으로써 배터리 업계의 '게임체인저'가 될 것으로 기대하고 있다.

삼성SDI 연구소가 주도한 이번 연구 논문은 학술지 '줄' 최신호에 게재됐다. 줄은 세계 3대 학술지인 '셀'을 발행하는 미국 셀프레스가 지난 2017년 창간한 에너지 분야 전문 학술지로, 세계적으로 영향력 있는 저널 가운데 하나로 꼽힌다.

논문에는 삼성SDI 연구소의 이승우 부사장과 우현식 프로, 삼성SDI 미국 연구소(SDIRA)의 김용석 소장과 양 리·위안위안 마 프로, 컬럼비아대 위안 양 교수 등이 공동 저자로 등재됐다.

주용락 삼성SDI 연구소장(부사장)은 "이번 논문은 기존에 취약점으로 지적되던 리튬메탈 배터리의 안전성을 개선한 기술이 학술적으로 검증받았다는 데 의미가 크다"면서 "앞으로도 국내외 연구 네트워크를 기반으로 차세대 배터리 기술 확보에 속도를 낼 것"이라고 말했다.

위안 양 컬럼비아대 교수는 "이번 연구 성과로 인해 차세대 배터리의 상용화에 한 걸음 다가서게 됐다"고 말했다.