하버드 연구진, 차세대 전고체 배터리 개발
충전속도 10분, 10배 용량 주목
전고체 배터리 도입 시 게임 체인저 기대
하버드표 전고체 배터리 등장
하버드대 연구진이 10분만에 충전할 수 있는 전고체 배터리를 개발해 화제다. 이 연구는 하버드 존 A. 폴슨 공과대학(SEAS)의 리튬 금속 배터리 연구를 통해 빛을 보게 된 것으로 알려졌다. 연구진에 따르면 리튬 양극재를 사용한 전고체 배터리를 기존과 다른 방식으로 제조했다고 밝혔다.
전고체 배터리, 모든 조건 만족할 수 있을까?
연구진에 따르면 이 배터리는 기존 흑연 음극재를 사용한 배터리 대비 10배 용량을 지니고 있다고 한다. 또한, 6천회 이상 충전과 방전이 가능할 만큼 내구성 역시 우수하다.
참고로 전고체 배터리는 배터리 셀 내부 전해질이 액체가 아닌 고체인 형태를 의미한다. 배터리 화재 위험을 해결할 수 있고, 추위에 강하며, 높은 에너지 밀도를 자랑한다. 다만, 제조 난이도가 높고 배터리 내구성을 높이면서 동시에 초고속 충전 등을 동시에 만족하기 어려운 상황이다.
전고체 배터리 최대약점 덴드라이트
전고체 배터리 개발 과정 중 덴드라이트가 발목을 잡는다. 덴드라이트란, 뾰족한 모양의 결정을 의미한다. 리튬 이온이 충전 중 양극으로 이동하면서 불균일한 표면을 형성하는데, 이 때 덴드라이트가 생기기 시작한다.
참고로 전해액을 이용하는 전기차 배터리는 덴드라이트가 형성되면 양극과 음극을 나누는 분리막을 찢어 전기차 화재로 이어지기도 한다.
실리콘 입자로 문제 해결, 상용화 기대
하버드 연구진은 덴드라이트 억제를 위해 양극에 마이크론 크기의 실리콘 입자를 활용했다. 리튬의 도금 반응을 조절해 매끈한 표면을 형성하도록 유도한 것이다. 이 과정 덕분에 덴드라이트 걱정 없이 리튬이온의 화학 반응이 빠르게 진행 돼, 충전 시간을 10분 정도로 단축시키는 데 성공했다.
성능도 우수하다. 대학 실험실에서 만드는 동전 모양의 전고체 배터리 샘플이 아닌, 상용화에 근접한 10배~20배 정도 커다란 크기다. 내구성도 우수해, 6천회 충전 및 방전 후에도 80% 성능을 유지한다.
이제 남은 과제는 상용화다. 구매 가능한 수준의 제조원가를 맞추고, 동시에 대량생산이 가능해야 한다. 이 조건까지 도달한 제조사는 전기차 시대의 절대 강자로 군림할 기회를 얻는다. 과연 하버드의 연구가 전고체 배터리 상용화의 초석을 다질 수 있을지 좀더 지켜볼 필요가 있겠다.
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