삼성전자가 차세대 배터리로 주목받고 있는 '전고체전지'(All-Solid-State Battery)의 수명과 안전성을 높이고 크기는 반으로 줄이는 원천 기술을 세계적인 학술지 '네이처 에너지'(Nature Energy)를 통해 공개했다고 10일 밝혔다.

이 혁신 기술은 배터리 1회 충전에 800km를 주행하고 1000회 이상 재충전할 수 있어 전기차 주행거리를 획기적으로 늘릴 수 있을 것으로 회사 측은 기대하고 있다.

전고체전지는 배터리 양극과 음극 사이에 있는 전해질을 액체에서 고체로 대체하는 전지다. 기존 리튬이온전지와 비교해 대용량을 구현하고 안전성을 높인 것이 특징이다.

일반적으로 전고체전지 배터리 음극 소재로 사용되는 '리튬 금속'(Li metal)은 전고체전지의 수명과 안전성을 낮추는 '덴드라이트'(Dendrite)를 해결해야 하는 문제가 있다.

리튬 전극을 가진 재충전 가능한 배터리의 가장 큰 문제점은 덴드라이트의 성장이다. 이것은 배터리의 단로를 발생시키고 완전한 붕괴를 일으킨다. 덴드라이트는 배터리의 전해질 영역에 손상을 가져오기 때문이다. 덴드라이트(수지상결정·樹枝狀結晶)라는 것은 배터리를 충전할 때 리튬이 음극 표면에 적체하며 나타나는 나뭇가지 모양의 결정체로, 배터리 분리막을 훼손한다.

삼성전자는 덴드라이트 문제를 해결하기 위해 전고체전지 음극에 5마이크로미터 두께의 은·탄소 나노입자 복합층(Ag-C Nanocomposite Layer)을 적용한 '석출형 리튬음극 기술'을 세계 최초로 적용했다.

이 기술은 전고체전지의 안전성과 수명을 증가시키는 동시에 기존보다 배터리 음극 두께를 얇게 만들어 에너지 밀도를 높일 수 있다. 이에 따라 리튬이온 전지보다 크기를 절반 수준으로 줄이는 특징을 갖췄다.

이번 연구를 주도한 삼성전자 종합기술원 임동빈 마스터는 "전기자동차 주행거리를 혁신적으로 늘리는 핵심 원천기술을 개발했다"며 "전고체전지 소재와 양산 기술 연구를 통해 차세대 배터리의 한계를 극복해 나가겠다"고 말했다.

삼성전자 종합기술원은 삼성전자 일본연구소와 공동으로 이 연구를 진행했다.

연구 결과를 게재한 학술지 네이처 에너지는 2018년 세계적인 학술정보서비스 업체인 '클래리베이트 애널리틱스'가 발표한 논문·저널 인용지수(Journal impact factor)가 1만2000여개 학술지 중 7위인 저명한 학술지다.

이로써 전기자동차의 전지 크기가 줄고 성능이 개선되면 전기자동차 보급 확산과 A/S 원가를 크게 줄일 것이라는 기대가 나오고 있다.

송민섭 기자 다른기사 보기