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[실시간뉴스]“전기차 캐즘 돌파구”…속도내는 차세대 리튬메탈 배터리 개발

온카뱅크관리자

2024-04-27 17:08:47

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div>  <strong class="summary_view" data-translation="true">흑연 음극 대신 금속 사용…무게↓·밀도↑<br>충전 속도↑…원가·덴드라이트 해소는 과제<br>고성능 소재·전해질 등 개발 必…업계 R&amp;D 가속</strong> 
        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="9KgdqYrR3N">
          <figure class="figure_frm origin_fig" dmcf-pid="2169XrnbFa" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="GM이 2021년 공개한 리튬메탈 배터리. GM " class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202404/27/kukinews/20240427160206233stbm.jpg" data-org-width="640" dmcf-mid="Bie63hj4zc" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202404/27/kukinews/20240427160206233stbm.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            GM이 2021년 공개한 리튬메탈 배터리. GM 
           </figcaption>
          </figure>
          <div dmcf-pid="VHFHDRbYpg" dmcf-ptype="general">
           <br>전기차 시장이 캐즘(Chasm, 대중화 전 일시적 수요 둔화기)을 겪는 가운데, 전기차 주행거리의 한계를 뛰어넘을 기술로 평가받는 리튬메탈(금속) 배터리에 대한 R&amp;D(연구개발)가 속도를 내고 있다.
          </div>
          <p dmcf-pid="fW5WcQzTUo" dmcf-ptype="general">리튬메탈 배터리는 음극 소재에 흑연이나 실리콘 대신 금속을 사용하는 전지를 말한다. 흑연보다 얇고 가벼워 음극재의 무게와 부피를 줄일 수 있으며, 양극재에서 나온 리튬이온을 더 많이 저장할 수 있어 에너지 밀도와 함께 주행거리를 늘릴 수 있다.</p>
          <p dmcf-pid="4z2zycRuuL" dmcf-ptype="general">흑연 음극 재료의 이론상 에너지 밀도가 g(그램)당 372mAh 수준이라면, 리튬메탈은 3842mAh로 10배 이상이다.</p>
          <p dmcf-pid="8Z0Zrd9Hun" dmcf-ptype="general">유사한 개념으로 리튬이온 배터리 대비 충전 속도도 높일 수 있다. </p>
          <p dmcf-pid="6969XrnbFi" dmcf-ptype="general">흑연을 음극재로 사용한 리튬이온 배터리는 리튬이온이 흑연 구조 사이에 삽입되고 다시 방출되는 과정에서 에너지가 쓰이는 반면, 리튬메탈 배터리는 음극재로 이동하는 리튬이온이 즉각 리튬메탈과 환원 반응을 일으켜 상대적 반응성이 커 충전 속도가 빨라지는 구조다.</p>
          <p dmcf-pid="PHFHDRbYUJ" dmcf-ptype="general">다만 상용화를 위해선 금속 등 초기 높은 원가 부담을 해소해야 하는 과제를 안고 있다. </p>
          <p dmcf-pid="Q4M4tIaVFd" dmcf-ptype="general">이상민 포항공과대학교 친환경소재대학원 교수는 26일 여의도 한국경제인협회(구 전경련회관)에서 열린 ‘리튬메탈(금속) 배터리 상용화를 위한 최신 소재 개발 및 성능 향상 방안 세미나(한국미래기술교육연구원 주최)’에서 “리튬이온 배터리 대비 경쟁력을 확보하려면 25% 이상의 리튬금속 이용률이 필요하다”면서 “상용화를 위해 kg(킬로그램)당 500달러 이하의 리튬금속음극 저가화 및 40μm(마이크로미터) 이하의 박(薄)형화 관련 기술 개발이 필요하다”고 말했다.</p>
          <p dmcf-pid="xuKuvjxppe" dmcf-ptype="general">덴드라이트 문제도 해소해야 한다. 이는 배터리 충·방전을 반복하는 과정에서 음극 표면에 리튬이온이 나뭇가지 모양을 형성하며 전착하는 현상으로, 일종의 침전 현상이다.</p>
          <p dmcf-pid="yhWhoV3I3R" dmcf-ptype="general">덴드라이트가 지속해서 쌓이면 전착된 리튬이온이 분리막을 손상시켜 양극에 닿으면서 발화되는 등 안전성과 수명을 떨어뜨린다는 단점이 있다. 관련 업계에서 리튬메탈 배터리의 가장 큰 해결과제로 꼽는 이유다.</p>
          <p dmcf-pid="WsSsJb5r3M" dmcf-ptype="general">‘리튬-황(Lithium-Sulfur) 배터리’ 관련 발표를 맡은 유기수 영남대학교 기계공학부 교수는 “덴드라이트가 쌓이면 반응도·쇼트 등의 가속화가 생긴다”면서 “결국 중대형 용량의 파우치 셀에서 성능을 발휘하려면 금속음극에 대한 연구가 더 필요할 것”이라고 말했다.</p>
          <figure class="figure_frm origin_fig" dmcf-pid="YuKuvjxpFx" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="류원희 숙명여자대학교 화학생명공학부 교수가 차세대 리튬금속 배터리용 전해질 첨가제 및 무음극(anode-free) 집전체 개발 기술 관련 발표를 하고 있다. 사진=김재민 기자 " class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202404/27/kukinews/20240427160207516bnhi.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="K9Eaftlouj" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202404/27/kukinews/20240427160207516bnhi.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            류원희 숙명여자대학교 화학생명공학부 교수가 차세대 리튬금속 배터리용 전해질 첨가제 및 무음극(anode-free) 집전체 개발 기술 관련 발표를 하고 있다. 사진=김재민 기자 
           </figcaption>
          </figure>
          <div dmcf-pid="GmlmdBZwuQ" dmcf-ptype="general">
           <br>한편, 기업에서도 리튬메탈 배터리 연구에 속도를 내고 있다.
          </div>
          <p dmcf-pid="H6e63hj40P" dmcf-ptype="general">LG에너지솔루션은 지난해 12월 KAIST 공동 연구팀과 세계 최초로 리튬메탈 배터리에 ‘붕산염-피란(Borate-Pyran) 기반 액체 전해액’을 적용시켰다. </p>
          <p dmcf-pid="X969XrnbF6" dmcf-ptype="general">해당 전해액은 SEI(Solid Electrolyte interface, 음극재-전해질 사이 고체막)를 치밀한 구조로 재구성해 충·방전 효율을 유지하고, 전해액과 리튬메탈 음극 간 부식 반응을 차단하는 역할을 한다.</p>
          <p dmcf-pid="Z969Xrnbp8" dmcf-ptype="general">LG에너지솔루션은 이를 토대로 1회 충전에 900㎞ 주행, 400회 이상 재충전이 가능한 리튬메탈 배터리 개발에 성공했다고 덧붙였다.</p>
          <p dmcf-pid="5kskQUWA74" dmcf-ptype="general">SK온 역시 자체 개발한 기술을 바탕으로 리튬메탈 배터리를 개발함과 동시에, 미국 사이온파워와 관련 기술 협력을 적극 이어가고 있다. 사이온파워는 덴드라이트 현상 해법 관련 약 500개의 특허를 보유한 기업이다.</p>
          <p dmcf-pid="1gkgV1hL0f" dmcf-ptype="general">배터리 업계 관계자는 “캐즘 단계에 놓여 있는 전기차 시장이 관련 기술 개발로 인한 한계점 돌파로 새 시장을 맞이하게 될 것”이라고 말했다.</p>
          <p dmcf-pid="tNDN4FSgzV" dmcf-ptype="general">김재민 기자 jaemin@kukinews.com</p>
         </section> 
        </div> 
        <p class="" data-translation="true">Copyright © 쿠키뉴스. 무단전재 및 재배포 금지.</p>

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