연세대와 LG에너지솔루션이 공동 연구를 통해 차세대 배터리의 핵심 소재인 실리콘 음극재의 수명 문제를 해결하는 데 성공했다. 연구팀은 기존 실리콘 음극재의 가장 큰 단점이었던 충·방전 시 부피 팽창으로 인한 성능 저하 문제를, 무기물 기반의 고강도 분리막을 설계해 해결했다. 이번 연구는 배터리 시스템 전체를 고려한 혁신적인 접근 방식으로, 기존 소재 중심의 연구에서 벗어나 새로운 가능성을 제시했다는 평가를 받고 있다.

실리콘 음극재는 기존 흑연 음극재보다 에너지 밀도가 10배 이상 높아 전기차 주행거리를 획기적으로 늘릴 수 있는 차세대 소재로 주목받고 있다. 하지만 충·방전 과정에서 부피가 크게 팽창해 배터리 수명을 단축시키는 문제가 있어 상용화에 어려움을 겪었다. 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 실리콘 음극재 자체 개선뿐만 아니라, 분리막 등 다른 소재와의 조합을 통해 배터리 시스템 전체의 성능을 향상시키는 방식을 채택했다.

이번 연구 결과는 세계적인 과학 저널 ‘네이처 커뮤니케이션스’에 게재되며 그 성과를 인정받았다. 연구팀이 개발한 새로운 배터리는 고속 충·방전 시에도 400회 이상 반복 사용 후에도 88% 이상의 용량을 유지하는 것으로 나타났다. 이는 기존 실리콘 음극재 배터리의 성능을 획기적으로 개선한 것으로 평가된다.

연세대 이상영 교수는 “이번 연구는 배터리 연구 개발에 새로운 방향을 제시할 것”이라며 기대감을 나타냈다.

LG에너지솔루션 김제영 CTO는 “오픈 이노베이션을 통해 차세대 배터리 분야에서 지속적으로 기술 혁신을 이뤄낼 것”이라고 밝혔다.

이번 연구 결과는 전기차, 에너지 저장 시스템 등 다양한 분야에서 고성능 배터리 개발에 기여할 것으로 기대된다.

[ 경기신문 = 오다경 기자 ]