[김재옥 기자]

LG에너지솔루션의 한 연구원이 고체배터리를 연구하고 있다.

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

LG에너지솔루션은 시카고대학교 셜리 멍(Shirley Meng) 교수 연구팀과 공동 수행한 연구 결과가 지난 2월 27일 에너지 분야 국제 학술지인 Nature Communications에 게재됐다고 5일 밝혔다.

이번 연구는 LG에너지솔루션이 UC샌디에이고(UCSD)와 시카고대학교 프리츠커 분자공학대학(Pritzker School of Molecular Engineering)과 공동 운영하는 FRL(Frontier Research Lab)의 대표적인 산학 협력 성과다.

연구진은 차세대 고용량 양극 소재로 주목받는 황을 적용한 배터리를 전고체 구조로 구현하는 데 성공했다. 황은 가격이 저렴하고 자원이 풍부하며 이론적으로 약 1675mAh/g에 달하는 높은 에너지 용량을 구현할 수 있어 차세대 배터리 소재로 주목받아 왔다.

하지만 기존 액체 전해질 배터리에서는 충·방전 과정에서 생성된 황 화합물이 전해질로 빠져나가는 '폴리설파이드 용출' 현상이 발생해 성능 저하와 수명 문제를 일으켜 상용화에 어려움이 있었다.

연구진은 이러한 문제를 해결하기 위해 액체 전해질 대신 고체 전해질을 적용한 전고체 배터리 구조를 도입했다. 이를 통해 용출 현상이 발생하는 환경을 근본적으로 차단했고 약 1500mAh/g 수준의 높은 용량과 안정적인 수명 성능을 구현하는 데 성공했다.

특히 이번 연구는 코인셀 수준의 실험에 그치지 않고 실제 파우치 형태의 셀에서도 성능을 확인해 실질적인 배터리 적용 가능성을 입증했다는 점에서 의미가 크다.

LG에너지솔루션 관계자는 "이번 연구는 황 양극을 활용해 기존 리튬이온전지보다 한 단계 높은 에너지 용량 확장 가능성을 확인했다는 점에서 의미가 있다"며 "산학 협력을 바탕으로 안전성과 에너지 밀도, 비용 경쟁력을 동시에 확보하는 차세대 배터리 기술 개발을 지속 확대해 나갈 것"이라고 밝혔다.

이번 연구를 이끈 셜리 멍 교수는 오는 인터배터리 2026 '더 배터리 컨퍼런스' 연사로 참여해 전고체 배터리와 차세대 배터리 기술의 발전 방향을 발표할 예정이다. /김재옥기자

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