삼성전자 종합기술원이 개발한 차세대 전고체전지 기술 개요.

삼성전자가 차세대 배터리로 주목받는 '전고체전지' 수명과 안전성을 동시에 높이는 혁신기술을 공개했다. 전기자동차 주행거리를 획기적으로 늘리면서 1000회 이상 배터리 재충전이 가능한 기술이다. 배터리 크기도 절반으로 줄일 수 있어 활용도가 높을 것으로 기대된다.

삼성전자 종합기술원은 1회 충전에 800㎞를 주행하고 1000회 이상 재충전이 가능한 '전고체전지(All-Solid-State Battery)' 원천기술을 개발하고, 국제학술지 '네이처 에너지(Nature Energy)'에 게재했다고 10일 밝혔다.

이번 연구는 삼성 종기원과 삼성 일본연구소가 공동으로 진행했다.

차세대 전고체전지 혁신기술을 개발한 삼성전자 연구원들. 왼쪽부터 유이치 아이하라, 이용건, 임동민.

전고체전지는 배터리 양극과 음극 사이에 있는 전해질을 액체에서 고체로 대체하는 것이다. 현재 사용하는 리튬-이온전지보다 대용량 배터리 구현이 가능하고, 안전성을 높인 것이 특징이다.

일반적으로 전고체전지에는 배터리 음극 소재로 '리튬금속(Li metal)'을 사용한다. 하지만 리튬금속은 전고체전지 수명과 안전성을 낮추는 '덴드라이트(Dendrite)' 문제를 해결해야 하는 기술적 난제가 있다. 덴트라이트란 배터리를 충전할 때 양극에서 음극으로 이동하는 리튬이 음극 표면에 적체되며 나타나는 나뭇가지 모양의 결정체다. 이 결정체가 배터리의 분리막을 훼손해 수명과 안전성이 낮아진다.

삼성전자는 덴드라이트 문제를 해결하기위해 전고체전지 음극에 5마이크로미터(㎛·100만분의 1미터) 두께 은-탄소 나노입자 복합층을 적용한 '석출형 리튬음극 기술'을 세계 최초로 적용했다.

이 기술은 전고체전지 안전성과 수명을 증가시키는 것은 물론 기존보다 배터리 음극 두께를 얇게 만들어 에너지 밀도를 높일 수 있다. 이로 인해 리튬-이온전지 대비 크기를 절반 수준으로 줄일 수 있다.

임동민 삼성전자 종합기술원 마스터는 “이번 연구는 전기자동차 주행거리를 혁신적으로 늘리는 핵심 원천기술”이라면서 “전고체전지 소재와 양산 기술 연구를 통해 차세대 배터리 한계를 극복해 나가겠다”고 말했다.

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