LG엔솔, ‘꿈의 배터리’ 상용화에 한 발…1회 충전으로 800km 주행

LG에너지솔루션 오창 전기차 배터리 공장 생산라인(LG에너지솔루션 제공). © 뉴스1

LG에너지솔루션이 상온에서 충전 가능한 전고체 배터리 기술을 개발했다고 발표했다. LG에너지솔루션은 이 기술을 통해 ‘꿈의 배터리’라고 불리는 전고체 배터리 상용화에 한 발 가까워질 것으로 기대하고 있다.

24일 LG에너지솔루션은 미국 샌디에이고대학(UCSD)과 공동으로 ‘장수명 전고체 배터리’ 기술을 개발했다고 밝혔다. LG 측은 “실리콘을 적용한 전고체 배터리 중 상온에서 충방전 수명이 500회 이상인 것은 이번 기술이 처음”이라고 설명했다. 연구 성과가 담긴 논문은 세계적인 권위를 가진 과학 저널 사이언스지에 실렸다.

전고체 배터리는 1회 충전으로 800㎞ 이상을 주행할 수 있을 정도로 에너지밀도가 높아 ‘꿈의 배터리’라고 불리는 차세대 전지다. 현재 리튬이온배터리를 탑재한 전기차의 주행거리는 500㎞ 안팎이다. 전 세계 배터리 업체와 완성차 업체가 전고체 배터리 개발에 박차를 가하고 있다. 특히 배터리 핵심 요소 중 하나인 전해질을 액체가 아닌 고체로 사용해 안전성도 확보했다. 현재 스마트폰, 전기자동차 등에 탑재되는 리튬이온배터리는 액체 전해질을 사용하기 때문에 온도 변화로 배터리가 팽창되거나 외부 충격으로 내부액이 흘러나오는 등의 손상을 입었을 때 화재, 폭발 등이 발생할 수 있다. 전고체 배터리는 전해질이 고체기 때문에 구조적으로 더 안정적이고 훼손됐을 때도 형태가 유지되기 때문에 더욱 안전하다.

하지만 에너지밀도를 높이기 위해 리튬 금속을 음극에 적용한 현재까지의 전고체 배터리는 온도에 민감해 60도 이상의 고온 환경에서만 충전이 가능하다는 한계를 가졌다. 또 현재의 기술력으로는 생산 과정에 큰 비용이 들어 양산은 2025년 이후 가능할 것으로 업계에서는 전망하고 있다.

LG에너지솔루션과 UCSD은 음극재로 5um(마이크로미터·0.005㎜) 크기의 ‘마이크로 실리콘 음극재’를 적용해 충전 환경 문제를 해결했다. 실리콘 음극재는 충·방전 중 큰 부피 변화 때문에 실제 적용이 까다롭긴 하지만 기존 흑연 음극재 대비 10배 높은 용량을 가져 배터리 에너지 밀도 향상에 핵심 소재다. 그 결과 500번 이상의 충·방전을 거친 뒤에도 80% 이상의 잔존 용량을 유지하고 현재 상용화된 리튬이온배터리보다 에너지 밀도도 약 40% 높이는 것이 가능해졌다.

LG에너지솔루션의 최고제품책임자(CPO)를 맡고 있는 김명환 사장은 “이번 연구 결과를 통해 차세대 배터리로 각광받고 있는 전고체 배터리 상용화에 한 걸음 더 다가가게 됐다”고 말했다.

홍석호 기자 will@donga.com