2020.03.10
액체 전해질을 고체로 대체
학술지 `네이처 에너지` 게재
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삼성전자 종합기술원(종기원)이 차세대 배터리로 주목받고 있는 '전고체전지(All-Solid-State Battery)'의 수명과 안전성을 높이는 동시에 크기를 반으로 줄이는 연구개발(R&D)에 성공했다. 종기원은 기초 연구와 핵심 원천기술 선행 개발 등을 목표로 운영되는 삼성의 R&D 핵심 기지로 통한다. 최근 자발광 QLED 상용화와 당뇨병 혈당 측정 등 분야에서 성과를 낸 데 이어 미래 먹거리인 배터리 원천기술 개발에 성공하면서 삼성의 미래 먹거리 발굴·개발에 속도를 높이고 있다는 평가다.
종기원은 1회 충전에 800㎞를 주행하고 1000회 이상 배터리 재충전이 가능한 전고체전지 연구 결과를 10일 공개했다. 삼성전자 일본연구소와 공동으로 연구한 결과다. 이번 연구는 세계적인 학술지 '네이처 에너지(Nature Energy)'에 게재됐다. 전고체전지는 배터리의 양극과 음극 사이에 있는 전해질을 액체에서 고체로 대체한다. 현재 사용 중인 리튬이온전지와 비교해 대용량 배터리 구현이 가능하고 안전성을 높인 것이 특징이다.
일반적으로 전고체전지에는 배터리 음극 소재로 '리튬금속(Li metal)'이 사용된다. 리튬금속은 전고체전지의 수명과 안전성을 낮추는 덴드라이트 문제를 해결해야 하는 기술적 난제가 있다. 덴드라이트는 배터리를 충전할 때 양극에서 음극으로 이동하는 리튬이 음극 표면에 적체되며 나타나는 나뭇가지 모양 결정체를 말하는데, 이 결정체가 배터리 분리막을 훼손해 수명과 안전성이 낮아진다.
삼성전자는 덴드라이트 문제를 해결하기 위해 전고체전지 음극에 5㎛(100만분의 1m) 두께의 은·탄소 나노입자 복합층을 이용한 '석출형 리튬음극 기술'을 세계 최초로 적용했다. 이 기술을 통해 전고체전지 안전성과 수명을 늘리고 기존보다 배터리 음극 두께를 얇게 함으로써 에너지밀도를 높여 리튬이온전지 대비 크기를 절반 수준으로 줄였다. 임동민 종기원 마스터는 "이번 연구는 전기자동차 주행거리를 혁신적으로 늘리는 핵심 원천기술"이라며 "전고체전지 소재와 양산 기술 연구를 통해 차세대 배터리 한계를 극복해 나갈 것"이라고 말했다.
1987년 개관한 종기원은 삼성의 미래 선행기술 R&D 중심 역할을 하고 있다. '자발광 QLED 상용화 가능성'과 '비(非)침습 혈당 측정 가능성' 등 연구 결과를 세계적인 학술지에 게재하며 연구 성과를 인정받고 있다.
[황순민 기자]
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