12분 충전에 800km 주행할 수 있다고?

작성일 09-04

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> KAIST-LG에너지솔루션, 새로운 리튬메탈전지 개발 
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 [아이뉴스24 정종오 기자] 국내 연구팀이 리튬메탈전지의 난제였던 덴드라이트 문제를 해결하며 전기차 배터리 기술의 새 시대를 열었다. 기존 리튬이온전지는 최대 600km 주행에 머물렀다. 이번에 개발된 새 전지는 1회 충전으로 800km, 누적 30만km 이상 수명, 12분 초고속 충전을 가능하게 했다.
 한국과학기술원(KAIST, 총장 이광형)은 생명화학공학과 김희탁 교수와 LG에너지솔루션이 공동으로 진행하고 있는 프론티어 연구소(Frontier Research Laboratory, FRL) 연구팀이 ‘리튬메탈전지(Lithium metal battery)’의 성능을 획기적으로 늘릴 수 있는‘응집 억제형 신규 액체 전해액’ 원천기술을 개발했다고 4일 발표했다.
 리튬메탈전지는 리튬이온 전지(Lithium-ion battery)의 핵심 재료 중 하나인 흑연 음극을 리튬메탈(Lithium metal)로 대체하는 것을 말한다. 리튬메탈은 여전히 전지의 수명과 안정성 확보를 어렵게 하는‘덴드라이트(Dendrite)’라는 기술적 난제가 있다. 덴드라이트는 배터리를 충전할 때 음극 표면에 형성되는 나뭇가지 모양의 리튬 결정체로 배터리 성능과 안정성에 악영향을 미친다.
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 <img alt="KAIST와 LG에너지솔루션 공동연구팀이 새로운 리튬메탈전지 기술을 개발했다. KAIST 생명화학공학과 권혁진 박사과정, 김희탁 교수, 기계공학과 김성수 교수((앞줄 왼쪽부터). [사진=KAIST]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202509/04/inews24/20250904084516004ztxn.jpg" data-org-width="580" dmcf-mid="BsOf58IiSB" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202509/04/inews24/20250904084516004ztxn.jpg" width="658">
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 KAIST와 LG에너지솔루션 공동연구팀이 새로운 리튬메탈전지 기술을 개발했다. KAIST 생명화학공학과 권혁진 박사과정, 김희탁 교수, 기계공학과 김성수 교수((앞줄 왼쪽부터). [사진=KAIST]
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 이 덴드라이트 현상은 급속 충전을 할 때 더 심각하게 발생하며 전지의 내부 단락(short-circuit)을 불러온다. 이 때문에 아직 급속 충전 조건에서 재충전할 수 있는 리튬메탈전지의 기술은 구현이 매우 어려웠다.
 FRL 공동연구팀은 리튬메탈이 급속 충전할 때 덴드라이트 형성의 근본적 원인이 리튬메탈 표면에서 불균일한 계면 응집반응 때문임을 규명했다. 이 문제를 해결할 수 있는 ‘응집 억제형 신규 액체 전해액’을 개발했다.
 신규 액체 전해액은 리튬 이온(Li⁺)과 결합력이 약한 음이온 구조를 활용해 리튬 계면 상의 불균일성을 최소화했다. 급속 충전할 때도 덴드라이트 성장을 효과적으로 억제하는 특징이 있다.
 이 기술은 높은 에너지밀도(Energy Density)를 유지하면서도 기존의 리튬메탈전지에서 한계로 지적되던 느린 충전 속도를 극복했다. 긴 주행거리를 확보하면서도 빠른 충전에서도 안정적 작동이 가능하다는 특징이 있다.
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 KAIST와 LG에너지솔루션 공동연구팀이 새로운 리튬메탈전지 기술을 개발했다. [사진=KAIST]
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 LG에너지솔루션의 CTO 김제영 전무는 “LG에너지솔루션과 KAIST가 FRL을 통해 이어온 지난 4년 동안의 협력이 유의미한 성과를 창출하고 있다”며 “앞으로도 산학 협력을 더욱 강화해 기술적 난제를 해결하고 차세대 배터리의 분야에서도 최고의 성과를 창출해 나가겠다”고 말했다.
 KAIST 생명화학공학과 김희탁 교수는 “이번 연구는 계면 구조에 대한 이해를 통해 리튬메탈전지의 기술적 난제를 돌파하는 핵심 토대가 됐다”며 “리튬메탈전지가 전기차에 도입되기 위한 가장 큰 장벽을 넘어섰다”고 평가했다.
 이번 연구(논문명 : Covariance of interphasic properties and fast chargeability of energy-dense lithium metal batteries)는 KAIST 생명화학공학과 권혁진 박사가 제1 저자로 국제학술지 ‘네이처 에너지(Nature Energy)’에 9월 3일 자로 실렸다.
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