삼성SDI, 리튬메탈 배터리 난제 ‘돌파’…’내구성·안전성’ 모두 개선했다

美 컬럼비아대와 전해질 조성 공동 개발… 덴드라이트 억제 돌파구
에너지 밀도 1.6배 '차세대 배터리' 상용화 가능성 확대
글로벌 학술지 '줄' 게재… 한미 산학 협력 성과

이승우 삼성SDI 부사장./삼성SDI

'차세대 배터리'로 불리는 리튬메탈 배터리의 상용화를 가로막아온 수명·안전성 문제에 대해 삼성SDI 연구진이 기술적 해법을 제시했다.

23일 삼성SDI는 미국 컬럼비아대와의 산학 협력을 통해 리튬메탈 배터리의 수명과 안전성을 동시에 개선할 수 있는 신규 전해질 조성을 개발했다고 밝혔다. 해당 연구 성과는 세계 3대 학술지인 '셀(Cell)'을 발행하는 미국 '셀 프레스(Cell Press)'의 에너지 분야 전문 학술지 학술지 줄(Joule)에 게재됐다.

리튬메탈 배터리는 기존 삼원계 배터리 대비 에너지 밀도가 약 1.6배 높아 차세대 웨어러블 기기 등 미래 산업의 핵심 기술로 꼽힌다. 다만 충·방전 가능 횟수가 수십 회 수준에 그쳐 상용화에 제약이 있었다. 충전 과정에서 형성되는 '덴드라이트(dendrite)'가 수명 저하와 안전성 문제의 주요 원인으로 지목돼 왔다.

공동연구팀은 불소 성분을 활용한 '겔 고분자 전해질'을 적용해 음극 표면에 안정적인 계면을 형성하는 기술을 개발했다. 이를 통해 덴드라이트를 효과적으로 억제함으로써 배터리 수명 연장과 안전성 개선을 동시에 달성했다는 설명이다.

이번 연구는 삼성SDI 연구소가 주도했으며, 삼성SDI 미국 연구소(SDI R&D America, SDIRA)와 컬럼비아대가 공동 참여했다. 논문에는 이승우 삼성SDI 연구소 부사장과 우현식 삼성SDI 프로, 김용석 SDIRA 소장과 양 리·위안위안 마 SDIRA 연구원, 위안 양 컬럼비아대 교수 등이 공동 저자로 이름을 올렸다.

주용락 삼성SDI 연구소장 부사장은 "기존 취약점으로 지적되던 리튬메탈 배터리의 안전성을 개선한 기술이 학술적으로 검증됐다는 데 의미가 있다"며 "국내외 연구 네트워크를 기반으로 차세대 배터리 기술 확보에 속도를 내겠다"고 말했다.

위안 양 컬럼비아대 교수는 "이번 성과는 차세대 배터리 상용화에 한 걸음 더 다가서는 계기"라고 평가했다.