LG에너지솔루션이 황(Sulfur)을 양극 소재로 활용한 고용량 배터리를 전고체 기술로 구현하며 차세대 배터리 기술 가능성을 제시했다.

LG에너지솔루션에서 운영하는 산학공동연구소에서 연구원이 전고체 배터리를 연구하고 있다. LG에너지솔루션 제공

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5일 LG에너지솔루션은 전고체 배터리 분야 세계적 석학인 시카고대학교 셜리 멍(Shirley Meng) 교수 연구팀과 공동 수행한 연구 결과가 지난달 27일 에너지 분야 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 게재됐다고 밝혔다.

이번 연구는 LG에너지솔루션이 UC샌디에이고(UCSD)와 시카고대학교 프리츠커 분자공학대학(Pritzker School of Molecular Engineering)과 함께 운영 중인 FRL(Frontier Research Lab)에서 진행된 대표적인 공동 연구 성과다.

연구의 핵심은 황을 배터리 양극 소재로 적용해 높은 에너지 저장 성능을 구현했다는 점이다. 황은 가격이 저렴하고 자원이 풍부한 데다 이론적으로 약 1675mAh/g에 달하는 높은 용량을 구현할 수 있어 차세대 고용량 양극 소재 후보로 주목받아 왔다.

다만 기존 액체 전해질 기반 배터리에서는 충·방전 과정에서 생성된 황 화합물이 전해질로 빠져나가는 '폴리설파이드(Polysulfide) 용출' 현상이 발생해 성능이 급격히 저하되는 문제가 있었다. 이로 인해 높은 이론 용량에도 불구하고 수명과 안정성 확보가 어려워 상용화에 한계가 있다는 평가를 받아왔다.

공동 연구진은 이러한 문제를 해결하기 위해 액체 전해질 대신 고체 전해질을 적용한 전고체 배터리 구조를 도입했다. 이를 통해 폴리설파이드 용출이 발생하는 환경을 원천적으로 차단했고, 약 1500mAh/g 수준의 용량과 안정적인 수명 성능을 구현하는 데 성공했다.

특히 해당 성능은 코인셀 수준의 실험에 그치지 않고 실제 파우치 형태의 셀에서도 구현됨을 확인했다. 이를 통해 연구 성과가 실제 배터리 적용 가능성으로 이어질 수 있음을 검증했다는 설명이다.

LG에너지솔루션 관계자는 "이번 연구는 황 양극을 적용해 기존 리튬이온전지보다 한 단계 높은 에너지 용량 확장 가능성을 확인했다는 점에서 의미가 있다"며 "산학 협력을 기반으로 안전성, 에너지밀도, 비용 경쟁력을 동시에 확보해 차세대 배터리 기술 개발을 지속 확대해 나갈 것"이라고 말했다.

한편 이번 연구를 이끈 셜리 멍 교수는 오는 11일부터 13일까지 서울 강남구 코엑스에서 열리는 '인터배터리 2026' 기간 중 개최되는 '더 배터리 컨퍼런스(The Battery Conference)'에 연사로 참석해 전고체 배터리와 차세대 배터리 기술 발전 방향에 대해 발표할 예정이다.

서믿음 기자 faith@asiae.co.kr
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