삼성SDI, 리튬메탈 배터리 '덴드라이트' 잡았다…수명·안전성 동시 개선

[아이뉴스24 권서아 기자] 삼성SDI가 차세대 전지로 꼽히는 리튬메탈 배터리의 고질적 난제였던 수명과 안전성 문제를 동시에 개선할 수 있는 기술을 확보했다.

삼성SDI는 23일 미국 컬럼비아대학교와의 산학협력을 통해 새로운 전해질 조성을 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 리튬메탈 배터리에 '겔 고분자 전해질'을 적용해 성능 저하의 원인으로 지목돼 온 덴드라이트(리튬 전착으로 인한 수지상 결정체 형성)를 효과적으로 억제하는 데 성공했다.

리튬메탈 배터리는 니켈·코발트·망간(NCM) 기반 삼원계 배터리보다 에너지 밀도가 약 1.6배 높아 고에너지 전원이 필요한 웨어러블 기기, 차세대 모빌리티, 항공·우주 분야 등에서 유망 기술로 평가된다.

그러나 충·방전 과정에서 음극 표면에 리튬이 가지 형태의 결정으로 성장하는 덴드라이트 현상으로 인해 수명이 짧고 화재 위험이 높다는 한계가 있었다.

공동 연구팀은 불소 성분을 도입한 겔 고분자 전해질을 통해 음극 계면을 안정화했다. 이 과정에서 리튬이 균일하게 석출되도록 유도해 덴드라이트의 비정상적 성장을 차단했다는 설명이다. 이온 전도성을 유지하면서도 계면 안정성을 높였다는 점에서 기술적 완성도를 인정받았다.

이번 연구 결과는 에너지 분야 권위 학술지 '줄(Joule)' 최신호에 게재됐다. 해당 저널은 Cell Press가 발행하는 에너지 전문 학술지로, 글로벌 연구 성과의 영향력을 가늠하는 지표로 통한다.

논문에는 이승우 삼성SDI 연구소 부사장과 우현식 프로, 김용석 삼성SDI 미국 연구소(SDI R&D America) 소장, 양 리·위안위안 마 연구원, 위안 양 컬럼비아대 교수 등이 공동 저자로 참여했다. 국내 연구소와 해외 거점, 글로벌 대학이 협력한 연구 모델이라는 점에서도 의미를 더한다.

주용락 삼성SDI 연구소장(부사장)은 "리튬메탈 배터리의 취약점으로 지적돼 온 안전성을 기술적으로 개선하고 이를 학술적으로 검증받았다는 데 의의가 있다"며 "글로벌 연구 네트워크를 기반으로 차세대 배터리 기술 경쟁력을 더욱 강화해 나가겠다"고 밝혔다.