국내 연구진이 리튬메탈전지의 난제였던 '덴드라이트 문제'를 해결한 차세대 배터리를 개발했다. 1회 충전으로 800km 주행이 가능하다. 누적 30만km 이상의 수명과 12분 초고속 충전까지 실현됐다.
KAIST는 김희탁 생명화학공학과 교수 연구팀이 LG에너지솔루션과 공동으로 운영하는 프론티어 연구소(FRL)에서 수행한 연구를 통해 리튬메탈전지 성능을 혁신적으로 향상시키는 ‘응집 억제형 신규 액체 전해액’을 개발했다고 4일 밝혔다. 연구팀은 "리튬메탈전지의 최대 난제였던 덴드라이트 형성을 근본적으로 억제해 급속 충전 환경에서도 안정성을 확보했다"고 설명했다.
기존 리튬이온전지의 흑연 음극을 리튬메탈로 대체한 리튬메탈전지는 에너지 밀도를 크게 높일 수 있는 차세대 배터리다. 충전 과정에서 나뭇가지 모양의 리튬 결정체인 덴드라이트가 형성돼 단락과 성능 저하를 일으키는 문제가 상용화의 걸림돌이었다.
연구팀은 이번 연구에서 덴드라이트 발생 원인이 리튬 표면에서의 불균일한 계면 응집반응 때문임을 규명했다. 리튬 이온과 느슨하게 결합하는 전해액을 설계해 배터리 표면을 균일하게 유지하도록 했다.
연구 성과를 바탕으로 새롭게 개발된 전해액은 급속 충전 시에도 덴드라이트 성장을 억제해 안정적 충전을 가능하게 했다. 기존 대비 충전 시간을 획기적으로 단축했다. 연구팀은 개발된 전해액을 사용하면 고에너지밀도를 유지하면서도 긴 주행거리와 초고속 충전을 동시에 구현할 수 있다고 설명했다.
김제영 LG에너지솔루션 최고기술책임자(CTO)는 “FRL 설립 이후 4년간 이어온 산학 협력이 의미 있는 성과를 창출하고 있다”며 “차세대 배터리 기술의 난제를 풀어내 최고의 성과를 만들겠다”고 말했다.
김희탁 교수는 “이번 연구는 계면 구조 이해를 바탕으로 리튬메탈전지 상용화의 가장 큰 장벽을 넘어선 결과”라고 덧붙였다. 연구결과는 국제학술지 '네이처 에너지' 온라인판에 3일 게재됐다.
<참고 자료>
- doi.org/10.1038/s41560-025-01838-1
