석출형 리튬음극으로 덴드라이트 문제 해결
전고체전지 수명 및 안전성 동시에 확보
1회 충전으로 800km 주행, 1,000회 이상 충전


삼성전자 종합기술원이 차세대 배터리로 주목받는 ‘전고체전지(All-Solid-State Battery)’의 수명과 안전성을 높이는 동시에 크기를 반으로 줄일 수 있는 원천기술을 세계적 학술지 ‘네이처 에너지(Nature Energy)’에 게재했다.

삼성전자 종합기술원은 10일, 삼성전자 일본연구소와 함께 1회 충전에 800km 주행, 1,000회 이상 배터리 재충전이 가능한 전고체전지 연구결과를 공개했다.

전고체전지는 배터리의 양극과 음극 사이에 있는 전해질을 액체에서 고체로 대체하는 것으로, 현재 사용 중인 리튬이온전지(Lithium-Ion Battery)와 비교해 대용량 배터리 구현이 가능하고, 안전성이 높다.

일반적으로 전고체전지에는 배터리 음극 소재로 리튬금속(Li metal)이 사용되고 있다. 하지만 리튬금속은 전고체전지의 수명과 안전성을 낮추는 덴드라이트 문제를 해결해야 하는 기술적 난제가 있다.

덴드라이트(Dendrite)란, 배터리를 충전할 때 양극에서 음극으로 이동하는 리튬이 음극 표면에 적체되며 나타나는 나뭇가지 모양의 결정체를 말한다. 이 결정체는 배터리 분리막을 훼손하기 때문에 수명과 안전성이 낮아진다.

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

이 기술은 전고체전지의 안전성과 수명을 증가시키는 것은 물론, 기존보다 배터리 음극 두께를 얇게 만들어 에너지밀도를 높일 수 있어 리튬이온전지 대비 크기를 절반 수준으로 줄일 수 있다.

삼성전자 종합기술원 임동민 마스터는 “이번 연구는 전기차의 주행거리를 늘리는 원천기술”이라며, “전고체전지 소재와 양산 기술 연구를 통해 차세대 배터리 한계를 극복하겠다”라고 밝혔다.