“충전 12분에 800km 주행”… 전기차 ‘꿈의 배터리’, 마침내 한국이 해냈다

KAIST-LG엔솔, ‘리튬메탈전지’ 난제 해결
테슬라도 못한 차세대 기술, 상용화 ‘성큼’

국내 연구진이 1회 충전으로 800km를 주행하고, 단 12분 만에 초고속 충전이 가능한 차세대 ‘리튬메탈전지’의 핵심 기술적 난제를 해결하며 상용화에 청신호를 켰다.

KAIST는 LG에너지솔루션과의 공동 연구를 통해, 리튬메탈전지의 고질적인 문제였던 ‘덴드라이트’ 현상을 억제하는 원천기술을 개발했으며, 해당 연구 결과는 세계적인 학술지 ‘네이처 에너지’에 게재됐다.

리튬메탈전지가 ‘꿈의 배터리’라 불리는 이유는, 현재 전기차에 사용되는 리튬이온전지의 한계를 뛰어넘기 때문이다. 기존 배터리는 음극재로 흑연이나 실리콘을 사용하지만, 리튬메탈전지는 이를 순수한 ‘리튬 금속’으로 대체한다.

그 결과, 에너지 밀도를 이론상 최대 10배까지 높일 수 있어, 같은 무게와 크기로 훨씬 더 긴 주행거리(800km 이상)를 구현할 수 있다.

하지만 리튬메탈 음극재는 충전 시 표면에 나뭇가지 모양의 뾰족한 결정체인 ‘덴드라이트’가 자라나는 치명적인 문제가 있었다. 이 덴드라이트는 배터리 내부의 분리막을 찢어 화재나 폭발을 유발하고, 배터리 수명을 급격히 단축시키는 가장 큰 난제였다.

특히 급속 충전을 할수록 덴드라이트는 더 빠르고 날카롭게 자라나, 그동안 리튬메탈전지의 상용화를 가로막는 거대한 장벽으로 여겨졌다.

KAIST-LG에너지솔루션 공동 연구팀은, 이 덴드라이트가 리튬 표면의 불균일한 반응 때문에 생긴다는 근본 원인을 규명했다. 그리고 이를 해결하기 위해, 리튬 이온과의 결합력이 약한 새로운 분자 구조의 ‘응집 억제형 액체 전해액’을 개발했다.

이 새로운 전해액은 리튬 이온들이 표면에 고르게 달라붙도록 유도하여, 덴드라이트가 형성될 틈 자체를 주지 않는 방식으로 작동한다.

이번 기술 개발로 리튬메탈전지는 상용화를 향한 가장 큰 산을 넘었지만, 실제 우리 전기차에 탑재되기까지는 시간이 더 필요하다.

업계에서는 대량 생산 공정 확보와 추가적인 안정성 검증 등을 거쳐, 2030년 이후에나 본격적인 상용화가 가능할 것으로 보고 있다.

하지만 이번 성과는, 전고체 전지와 함께 미래 배터리 기술 패권 경쟁에서 대한민국이 가장 앞서나갈 수 있다는 가능성을 보여준 쾌거다.