▲ LG에너지솔루션과 UCSD가 공동 개발한 상온 구동 장수명 전고체 전지의 충전 진행 과정.

LG에너지솔루션이 미국 샌디에이고 대학교(이하 UCSD)와 함께 마이크로실리콘을 음극재로 적용, 상온(통상 25℃)에서도 구동 가능한 전고체배터리를 개발해 상용화에 한걸음 더 다가섰다고 밝혔다.

LG에너지솔루션은 미국 샌디에이고 대학교와 공동 연구로 기존 60도 이상에서만 충전이 가능했던 기술적 한계를 넘어 상온에서도 빠른 속도로 충전이 가능한 장수명 전고체배터리 기술을 개발했다고 24일 전했다.

전고체배터리는 배터리의 양극과 음극 사이에 있는 전해질을 액체에서 고체로 대체한 배터리로 리튬이온 배터리보다 에너지밀도와 안전성을 높일 수 있는 차세대 배터리다.

하지만 기존의 경우 온도에 민감해 60도 이상의 고온 환경에서만 충전할 수 있었고 충전 속도가 느려 한계가 있었다.

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 전고체배터리의 음극에서 도전재와 바인더를 제거하고 5um(마이크로미터) 내외의 입자 크기를 가진 '마이크로 실리콘 음극재'를 적용했다.

실리콘 음극재는 기존 흑연 음극재에 비해 10배 높은 용량을 가져 배터리의 에너지 밀도 향상을 위한 필수 소재지만, 충방전 중 큰 부피 변화 때문에 실제 적용이 까다롭다.

연구진은 기존 연구의 나노실리콘 대신 마이크로 실리콘을 사용해 더 저렴하고 사용에 용이한 음극재를 적용했다.

특히, 500번 이상의 충전과 방전 이후에도 80%이상의 잔존 용량을 유지하고, 에너지 밀도도리튬이온배터리 대비 약 40% 높이는 것이 가능해 전고체배터리의 상용화를 위한 기술적인 진일보를 이뤄냈다는 평가다.

이번 연구결과는 LG에너지솔루션이 오픈 이노베이션 차원에서 매년 개최하는 배터리 이노베이션 콘테스트의 지원 과제가 실제 성과로 이어진 것이라 더욱 의미가 있다.

LG에너지솔루션 CPO 김명환 사장은 “UCSD와 함께 전고체배터리에서의 의미 있는 기술 개발로 사이언스 저널에 실리게 돼 굉장히 기쁘고, 이번 연구 결과를 통해 차세대 배터리로 각광받고 있는 전고체배터리 상용화에 한 걸음 더 다가가게 됐다”며 “앞으로도 적극적인 오픈 이노베이션 전략을 통해 차세대 배터리 분야에서도 차별화된 기술력으로 세계 시장을 선도해나갈 것”이라고 말했다.

한편, 이번 연구를 담은 논문은 24일 세계 과학계 연구성과 지표의 기준이 되는 최고 권위의 과학 저널 '사이언스(Science)'지(373권 6562호)에 실려 그 성과를 인정받았다.