▲ 삼성전자 차세대 전고체전지 혁신기술을 개발한 (왼쪽부터)유이치 아이하라 Principal Engineer(교신저자), 이용건 Principal Researcher(1저자), 임동민 Master(교신저자)

차세대 배터리로 주목받고 있는 전고체전지(All-Solid-State Battery)의 수명과 안전성을 높이는 동시에 크기를 반으로 줄일 수 있는 원천기술이 개발돼 향후 전고체전지의 상용화가 더욱 빨라 질 것으로 기대를 모으고 있다.

삼성전자 종합기술원은 삼성전자 일본연구소(Samsung R&D Institute Japan)와 공동으로 전고체전지 음극에 5마이크로미터(100만분의 1미터) 두께의 은-탄소 나노입자 복합층(Ag-C Nanocomposite Layer)을 적용한 ‘석출형 리튬음극 기술’을 세계 최초로 적용해 ‘덴드라이트(Dendrite)’ 문제를 해결했다고 10일 밝혔다.

전고체전지는 배터리의 양극과 음극 사이에 있는 전해질을 액체에서 고체로 대체하는 것으로, 현재 사용중인 리튬-이온전지(Lithium-Ion Battery)와 비교해 대용량 배터리 구현이 가능하고, 안전성을 높인 것이 특징이다.

일반적으로 전고체전지에는 배터리 음극 소재로 ‘리튬금속(Li metal)’이 사용되고 있으나 리튬금속은 전고체전지의 수명과 안전성을 낮추는 ‘덴드라이트(Dendrite)’ 문제를 해결해야 하는 기술적 난제가 있다.

덴드라이트는 배터리를 충전할 때 양극에서 음극으로 이동하는 리튬이 음극 표면에 적체되며 나타나는 나뭇가지 모양의 결정체로 이 결정체가 배터리의 분리막을 훼손해 수명과 안전성이 낮아진다.

삼성성자는 이번 연구를 통해 전고체전지의 안전성과 수명을 증가시키는 것은 물론 기존보다 배터리 음극 두께를 얇게 만들어 에너지밀도를 높일 수 있기 때문에 리튬-이온전지 대비 크기를 절반 수준으로 줄일 수 있게 됐다.

이에 연구결과에 따르면 1회 충전에 800km 주행, 1,000회 이상 배터리 재충전이 가능했다.

삼성전자 종합기술원 임동민 마스터는 “이번 연구는 전기자동차의 주행거리를 혁신적으로 늘리는 핵심 원천기술이다”며 “전고체전지 소재와 양산 기술 연구를 통해 차세대 배터리 한계를 극복해 나가겠다”고 말했다.

이번 연구는 세계적인 학술지 ‘네이처 에너지(Nature Energy)’에 게재됐다.

한편 삼성전자 종합기술원은 삼성의 미래 선행기술 연구개발의 중심이다. 최근 ‘자발광 QLED 상용화 가능성’과 ‘비(非) 침습 혈당 측정 가능성’에 대한 연구결과를 세계적인 학술지에 잇따라 게재하며 연구 성과를 인정받고 있다.

▲ 삼성전자 종합기술원의 차세대 전고체전지 혁신기술