미래 차세대 전지로 불리는 전고체전지의 충전속도 및 안전성을 대폭 향상시킬 수 있는 기술이 개발됐다.

11일(한국시간) LG에너지솔루션과 전고체전지 연구 분야의 세계적 석학인 시카고대학교 셜리 멍(Shirley Meng) 교수가 연구한 ‘금속의 결정 성장 방향(texture)이 배터리 충전 속도 및 안전성에 미치는 영향’에 대한 논문이 에너지 분야의 저명한 학술지 Joule에 게재됐다고 밝혔다. 

LG에너지솔루션은 그 동안 셜리 멍(Shirley Meng) 교수가 이끄는 시카고대학교와 UC 샌디에고(UCSD)의 FRL(Frontier Research Lab) 연구팀과 함께 전고체전지 기술의 혁신적인 연구를 추진해 왔다.

셜리 멍 교수는 전고체전지에 얇은 실리콘 층을 도입함으로써 리튬 금속의 결정 성장 방향을 제어하여 균일한 전착(電着·전기장에 의해 전해질 내 이온이 전극의 표면에 들어붙는 일)을 유도하는 기술을 개발했다.

이를 통해 전고체전지의 충전속도를 약 10배 이상 향상시키고, 배터리의 안전성을 대폭 높일 수 있다고 밝히고 있다. 논문의 제목은 ‘Grain Selection Growth of Soft Metal in Electrochemical Processes (전기화학 공정에서 연성 금속의 결정 선택 성장)’

LG에너지솔루션은 이번 연구 성과를 통해 무음극 전고체전지 개발에 속도를 올릴 수 있을 것으로 기대하고 있으며 무음극 전고체전지는 기존 음극에서 음극재를 제거하고, 충전 시 양극에서 이동한 리튬 이온을 음극에서 리튬 금속으로 환원하여 활용하는 전고체전지를 의미한다.

이 방식은 배터리의 무게를 줄이고 부피를 축소하면서도 에너지밀도를 극대화할 수 있는 혁신적인 기술로 평가된다.

다만 리튬 금속이 균일하게 전착되지 않으면 수명과 성능 저하를 초래할 수 있어 이를 해결하기 위한 기술적 돌파구가 필수적이었는데 이번 연구성과를 통해 실마리를 찾은 것. 연구팀 측은 “금속의 결정 성장 방향이 리튬 금속 전착에 미치는 영향을 분석하고, 얇은 실리콘 층을 도입하여 리튬 금속의 결정 성장을 제어함으로써 전고체전지의 충전 속도를 약 10배 정도 향상시키는 결과를 도출했다”라고 말했다.

LG에너지솔루션 관계자는 "전기차와 ESS에 대한 수요가 증가함에 따라 차세대 배터리 기술 개발을 위한 제조 전문성과 대학의 혁신적인 연구 협력이 중요하다”며 "지속적인 기술 개발과 협력을 통해 고객가치를 높이고 배터리 시장의 선두주자로 자리매김하겠다"고 말했다.

한편 LG에너지솔루션은 전고체전지를 포함한 차세대 배터리 기술 개발을 위한 연구개발에 적극 투자하고 있으며 국내외 유수 대학 및 기관들과 함께 공동 연구센터 FRL을 설립해 차세대 배터리 관련 집중 연구개발(R&D) 과제를 연구하고 차세대 배터리 원천 기술을 선제적으로 확보하기 위해 노력하고 있다.