황 양극 활용해 약 1500mAh/g 고용량 구현
네이처 커뮤니케이션스 논문 게재…산학 공동연구 성과
[소셜밸류=최연돈 기자] LG에너지솔루션이 전고체 배터리 기술을 활용해 황(Sulfur) 양극 기반의 고용량 배터리 구현에 성공했다고 5일 밝혔다.
이번 연구 성과는 에너지 분야 국제 학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’에 지난달 27일 게재됐으며, LG에너지솔루션과 시카고대학교, UC샌디에이고(UCSD)가 공동 수행한 산학 협력 연구 결과다.
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| ▲LG에너지솔루션에서 운영하는 FRL에서 연구원이 전고체 배터리를 연구하고 있다./사진=LG에너지솔루션 제공 |
이번 연구는 LG에너지솔루션이 UCSD 및 시카고대학교 프리츠커 분자공학대학(Pritzker School of Molecular Engineering)과 공동 운영 중인 FRL(Frontier Research Lab)의 대표적인 연구 성과로 평가된다.
연구진은 차세대 고용량 양극 소재로 주목받아 온 황을 활용해 높은 에너지 저장 성능을 구현하는 데 성공했다. 황은 가격이 저렴하고 자원이 풍부한 데다 이론적으로 약 1675mAh/g에 달하는 높은 용량을 구현할 수 있어 차세대 배터리 소재로 관심을 받아 왔다.
그러나 기존 액체 전해질 기반 배터리에서는 충·방전 과정에서 생성된 황 화합물이 전해질로 빠져나가는 ‘폴리설파이드(Polysulfide) 용출’ 현상이 발생해 성능이 급격히 저하되는 문제가 있었다. 이로 인해 높은 이론 용량에도 불구하고 수명과 안정성을 확보하기 어려워 상용화에 한계가 있다는 평가가 이어져 왔다.
공동 연구진은 이 문제를 해결하기 위해 액체 전해질 대신 고체 전해질을 적용한 전고체 배터리 구조를 도입했다. 이를 통해 폴리설파이드 용출이 발생하는 환경을 구조적으로 차단하고 약 1500mAh/g 수준의 용량과 안정적인 수명 성능을 구현하는 데 성공했다.
특히 이번 성과는 실험실 수준의 코인셀 평가에 그치지 않고 실제 파우치 형태의 셀에서도 동일한 성능 구현 가능성을 확인했다는 점에서 의미가 있다는 평가다. 이를 통해 연구 결과가 실제 배터리 적용 가능성으로 이어질 수 있음을 검증했다.
LG에너지솔루션 관계자는 “이번 연구는 황 양극을 적용해 기존 리튬이온전지 대비 한 단계 높은 에너지 용량 확장 가능성을 확인했다는 점에서 의미가 크다”며 “산업계와 학계 협력을 기반으로 안전성, 에너지밀도, 비용 경쟁력을 동시에 확보하는 차세대 배터리 기술 개발을 지속 확대해 나갈 것”이라고 밝혔다.
한편 이번 연구를 이끈 시카고대학교 셜리 멍(Shirley Meng) 교수는 오는 인터배터리 2026 ‘더 배터리 컨퍼런스’ 연사로 참석해 전고체 배터리와 차세대 배터리 기술 발전 방향을 발표할 예정이다.
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