한 번 충전하면 800km를 달릴 수 있는 배터리 기술이 개발됐다.

한국과학기술연구원(KAIST) 김범준 교수 연구팀과 미국 조지아 공대 이승우 교수 연구팀은 탄성을 가진 ‘엘라스토머 고분자 전해질‘을 공동 개발하고, 이 고체 전해질을 활용해 전고체 전지를 만들었다.

전고체 리튬 메탈 전지는 2차 전지에 주로 쓰이는 액체 전해질을 고체로 대신해 화재나 폭발 위험을 막을 수 있는 차세대 배터리다. 리튬이온 배터리보다 에너지밀도가 높아 자동차 주행거리도 늘릴 수 있을 전망이다.

연구팀은 고무처럼 탄성이 있는 엘라스토머 안에 이온 전도성이 높은 플라스틱 결정을 3차원으로 연결해 고무 형태의 고분자 고체 전해질을 만들었다. 그 결과 기존에 많이 쓰이는 폴리에틸렌옥사이드(PEO) 기반의 고분자 전해질보다 100배 높은 이온 전도도를 가질 수 있었다.

또 고무처럼 신축성도 좋아 충·방전시 배터리의 부피가 자유롭게 늘어나고 줄어드는 것을 반복하면서 배터리 화재와 폭발의 원인이 되는 ‘리튬 덴드라이트’를 막을 수 있어 안정적으로 쓸 수 있다. 리튬 덴드라이트는 배터리 음극에 리튬이 나뭇가지처럼 자라는 현상이다.

연구팀은 이 전해질을 전고체 전지에 적용해 1kg당 410Wh의 높은 에너지밀도를 가진 전고체 리튬 메탈 전지를 구현했다. 이 기술을 도입하면 한 번 충전으로 800km까지 주행하는 전기차도 나올 수 있을 전망이다. 서울과 부산을 왕복할 수 있는 거리다.

김범준 교수는 “이번 연구를 통해 미래 배터리라고 불리는 세계 최고 성능 전고체 전지를 개발했을 뿐만 아니라 엘라스토머 전해질이라는 기존과는 완전히 다른 새로운 종류의 고체 전해질을 개발해 소재 원천 기술을 확보했다는 것에 큰 의의가 있다“고 밝혔다.

사진출처📸: Georgia Tech