삼성SDI, ‘겔 고분자 전해질’로 배터리 성능 개선

(왼쪽부터) 삼성SDI 연구소 차세대개발팀장 이승우 부사장, 삼성SDI 미국연구소(SDIRA) 김용석 소장 [사진: 삼성SDI]

[디지털투데이 석대건 기자] 삼성SDI가 리튬메탈 배터리의 수명과 안전성을 동시에 개선하는 기술을 개발했다. 삼성SDI는 미국 컬럼비아대와 산학협력을 통해 리튬메탈 배터리 성능을 향상시킬 수 있는 전해질 조성을 개발했다고 23일 밝혔다.

이번 연구는 에너지 밀도가 높지만 수명이 짧았던 리튬메탈 배터리의 한계를 넘어섰다. 리튬메탈 배터리는 삼원계 배터리 대비 에너지 밀도가 1.6배에 달해 차세대 웨어러블 기기 등의 핵심 기술로 꼽힌다.

그동안 충방전 가능 횟수가 수십 회에 불과해 상용화에 제약이 있었다. 공동연구팀은 '겔 고분자 전해질'을 적용해 이 문제의 돌파구를 찾았다. 불소 성분을 활용한 겔 고분자 전해질이 음극 표면에 안정적인 계면을 형성한다. 이를 통해 배터리 성능 저해 요인인 덴드라이트를 효과적으로 억제했다.

덴드라이트는 배터리 충전 시 양극에서 음극으로 이동하는 리튬이 음극 표면에 쌓이면서 나타나는 결정체다. 배터리 수명과 안전성을 떨어뜨리는 원인이 된다. 업계는 이번 연구가 차세대 배터리의 에너지 효율과 안전성을 개선할 새로운 기술 접근법을 제시했다고 평가했다.

삼성SDI 연구소가 주도한 연구 논문은 에너지 분야 학술지 '줄(Joule)' 최신호에 게재됐다. 논문에는 삼성SDI 연구소 이승우 부사장과 우현식 프로, 삼성SDI 미국 연구소 김용석 소장과 양 리·위안위안 마 프로, 컬럼비아대 위안 양 교수 등이 공동 저자로 등재됐다.

주용락 삼성SDI 연구소장은 "이번 논문은 기존에 취약점으로 지적되던 리튬메탈 배터리의 안전성을 개선한 기술이 학술적으로 검증받았다는 데 의미가 크다"며 "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.