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(왼쪽부터) 이기라 포항공대 화학공학과 교수, 박호석 성균관대 화학공학부 교수./LG에너지솔루션 제공

[투데이에너지 장재진 기자] LG에너지솔루션과 POSTECH(포항공과대학교), 성균관대학교가 공동 연구를 통해 리튬이온전지의 고질적인 문제인 '저온 성능 저하'와 '열폭주'를 동시에 해결할 수 있는 핵심 전해질 기술 개발에 성공했다.

이 연구 결과는 에너지 분야의 권위 있는 학술지인 'Advanced Energy Materials'와 'Journal of Materials Chemistry A'에 게재되며 학계의 주목을 받고 있다.

20일 LG에너지솔루션에 따르면 이번에 개발된 기술은 '알릴 트리메틸 포스포늄(ATP)' 계열 이온성 화합물을 활용한 전해질 기술로, 단순 첨가제를 넘어 전해질의 동결점을 낮추고 계면 반응을 조절하는 다기능성 소재로서 중요한 역할을 한다.

공동 연구팀은 이 ATP 화합물을 전해질에 도입하여 저온 이온 이동 저하와 계면 불안정성이라는 두 가지 성능 저하 원인을 동시에 개선하는 데 성공했다.

연구 결과에 따르면, 이 기술이 적용된 배터리 셀은 영하 20도의 극한 환경에서 100회 충·방전 후에도 약 87%에 달하는 높은 용량 유지율을 보였다. 이는 동일 조건에서 일반적으로 약 10% 안팎의 용량을 유지하는 기존 배터리 셀과 비교했을 때 매우 획기적인 발전이다.

또한, 고용량 실리콘 음극 전지에 동일 ATP 계열 이온성 화합물을 적용한 후속 연구에서는 열폭주를 90% 이상 억제하며 전지의 열안전성을 크게 향상시킬 수 있음이 확인됐다. 이는 배터리 셀 발화 시 발생하는 발열량을 대폭 낮춰 열 전이 속도를 줄일 것으로 보인다.

이번 성과는 LG에너지솔루션의 셀 제작 및 분석 인프라, POSTECH의 이온성 화합물 합성 역량, 그리고 성균관대학교의 계면 분석 기술이 결합된 성공적인 산학협력의 결과다

POSTECH 이기라 교수 연구팀은 "산업 현장의 기술 과제를 학문적으로 재해석하여 실질적인 솔루션으로 발전시킨 모범적인 산학협력 모델"이라고 평가했다. 성균관대학교 박호석 교수 연구팀 또한 "ATP 이온성 화합물의 분자 설계 자유도를 활용하면 향후 전고체전지와 리튬금속전지로의 확장도 가능하다"며 기대감을 표했다.

LG에너지솔루션 관계자는 "이번 연구는 하나의 이온성 화합물 플랫폼으로 성능과 안전성이라는 상충된 요구를 동시에 충족시킨 혁신적인 사례"라며, "ATP 기반 전해질 기술이 전기차뿐만 아니라 항공·우주, 극저온 환경용 배터리 등 다양한 분야에서 새로운 고객 가치를 제공할 수 있을 것"이라고 밝혔다.

LG에너지솔루션은 이처럼 국내외 유수 대학 및 연구기관과의 활발한 산학협력을 통해 배터리 기술의 국제 경쟁력을 지속적으로 강화해 나가고 있다. 국내에서는 연세대, 고려대, POSTECH, 한양대, KAIST 등과, 해외에서는 미국 캘리포니아대학교 샌디에이고(UCSD), 독일 뮌스터 대학교 등과 협력하며 차세대 배터리 기술 발전에 박차를 가하고 있다.

출처 : 투데이에너지(https://www.todayenergy.kr/)