삼성SDI, "차세대 리튬메탈 배터리 한계 넘었다"…세계적 학술지 '줄' 게재

수명·안전성 동시 개선…차세대 배터리 상용화 가능성 높여
국내 연구소, 삼성SDI 미국 연구소, 컬럼비아대 공동 연구
주용락 연구소장 "차세대 배터리 기술 확보에 속도 낼 것"

'차세대 배터리'로 불리는 리튬메탈 배터리의 성능을 획기적으로 개선할 수 있는 기술이 삼성SDI가 주도하는 한미 공동연구팀에 의해 개발됐다.

삼성SDI는 미국 컬럼비아 대학과 산학협력을 통해 리튬메탈 배터리의 수명과 안전성을 동시에 향상할 수 있는 새로운 전해질 조성을 개발하는 데 성공했다고 23일 밝혔다.

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

이번 연구는 현존하는 기술 가운데 에너지 밀도가 가장 높지만, 수명이 상대적으로 짧은 리튬메탈 배터리의 한계를 극복한 것이 핵심이다.

리튬메탈 배터리는 기존 삼원계 배터리와 비교해 에너지 밀도가 1.6배에 달해 차세대 웨어러블 기기 등 미래 산업의 핵심 기술 가운데 하나로 꼽히지만 충·방전 가능 횟수가 수십회에 불과해 상용화에 제약이 있었다.

삼성SDI와 컬럼비아대 공동연구팀은 '겔 고분자 전해질'을 적용해 리튬메탈 배터리의 수명을 늘리는 동시에 안전성도 향상해 이런 오랜 문제를 해결할 수 있는 돌파구를 찾았다. 불소 성분을 활용한 겔 고분자 전해질을 개발해 음극 표면에서 안정적인 계면을 형성하는 방식으로 기존 리튬메탈 배터리의 성능 저해 요인이 됐던 덴드라이트를 효과적으로 억제한 것이다. 덴드라이트는 배터리 충전 시 양극에서 음극으로 이동하는 리튬이 음극 표면에 쌓이면서 나타나는 결정체로, 배터리 수명과 안전성을 떨어뜨리는 요인이 된다.

업계에서는 이번 연구 결과가 차세대 배터리의 에너지 효율과 안전성을 대폭 개선할 수 있는 새로운 기술 접근법으로 제시한 것으로 배터리 업계의 판도를 바꿀 수 있을 것으로 기대하고 있다.

이러한 성과를 인정받아 삼성SDI연구소가 주도한 이번 연구 논문은 세계 최고 권위의 에너지 분야 학술지인 '줄(Joule)' 최신호에 게재됐다. 줄은 세계 3대 학술지인 '셀(Cell)'에서 발행하는 미국 셀 프레스가 지난 2017년 창간한 에너지 분야 전문 학술지로, 세계적으로 가장 영향력 있는 저널 가운데 하나로 꼽힌다.

논문에는 삼성SDI 연구소의 이승우 부사장과 우현식 프로, 삼성SDI 미국연구소(SDI R&D America, SDIRA)의 김용석 소장과 양 리(Yang Li)·위안위안 마(Yuanyuan Ma) 프로, 위안 양(Yuan Yang) 컬럼비아대 교수 등이 공동 저자로 등재돼 글로벌 산학 협력의 모범 사례로도 평가받았다.

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.

이현주 기자 ecolhj@asiae.co.kr