영하 70도 버틴 LG화학 '리튬황 배터리'…게임 체인저 되나

충북넷 | 기사입력 2020/09/15 [08:57]

영하 70도 버틴 LG화학 '리튬황 배터리'…게임 체인저 되나

충북넷 | 입력 : 2020/09/15 [08:57]

▲ LG화학의 리튬-황 배터리가 탑재된 한국항공우주연구원의 고고도 무인항공기 EAV-3.(LG화학 제공     ©

 

LG화학이 국내 최초로 차세대 배터리를 활용한 무인기 최고 고도 비행 테스트에 성공하면서 장착됐던 배터리인 리튬-황 배터리에 이목이 집중되고 있다. LG화학의 리튬-황 배터리는 고도 12㎞~22㎞ 사이의 성층권에서 7시간 비행에 성공했다.

 

영하70도의 낮은 온도와 대기압이 지상 대비 25분의1 수준인 진공에 가까운 극한 환경에서 버텨냈다는 것인데, 이는 차세대 배터리의 안정적인 충방전 성능을 확인했다는 점에서 의미가 있는 것으로 평가받는다.

 

◇리튬-황 배터리 이론상 리튬이온 배터리의 5배 성능

 

15일 업계에 따르면 리튬-황 배터리는 현재 전기차 배터리에 주력으로 사용되는 리튬이온 배터리를 대체할 차세대 배터리군 중 하나다. 양극재에 황탄소 복합체, 음극재에 리튬메탈 등 경량 재료를 사용했다. 특징은 무게당 에너지 밀도가 리튬이온 배터리 대비 1.5배 이상 높은 배터리다. 기존 리튬이온 배터리보다 가볍고 희귀 금속을 사용하지 않아 가격경쟁력도 높다는 평이다.

 

김정현 교보증권 연구원은 "(리튬-황 배터리는)이론적인 최대 에너지밀도가 2500Wh/kg에 달해 에너지밀도가 최대 500Wh/kg인 리튬이온에 비해 최대 5배에 달한다"며 "특히 이번 LG화학의 비행테스트에 사용된 리튬황 배터리는 410Wh/kg으로 일반적인 NCM811 리튬이온 배터리의 에너지밀도인 230Wh/kg을 크게 상회한다"고 분석했다.

 

그는 이어 "또 리튬-황 배터리의 양극은 황을 음극은 리튬금속을 사용해 리튬이온에 비해 상대적으로 원가를 절감할 수 있다"며 "리튬이온은 코발트 등 고가의 양극재 소재가 필수적으로 사용돼야 하지만 리튬황의 양극재 소재인 황은 지구상 원소 중 17번째로 풍부한 원소로 가격이 저렴하다"고 덧붙였다.

 

◇짧은 수명 등 단점도 존재…해결책은?

 

리튬-황 배터리는 단점도 갖고 있다. 짧은 수명, 황의 낮은 전기 전도성, 많은 전해액의 필요성이 단점으로 지목된다. 업계와 교보증권에 따르면 리튬-황 배터리는 양극에서 나온 황화합물의 일부가 양극으로 돌아가지 않고, 음극에서 막을 형성하는 현상으로 인해 배터리의 수명을 저하시킨다.

 

또 황은 비금속 물질로 전기 전도도가 매우 낮기 때문에 도전재의 양을 늘려야 하는데 이렇게 되면 황의 비중이 줄어 전체 에너지 밀도가 낮아진다. 여기에 더해 리튬황은 황화합물을 충분히 용해시킬 수 있는 많은 전해액이 요구되기 때문에, 전해액 비중이 전체 무게의 40%에 달할 정도로 높아 추가 에너지밀도 향상에 걸림돌이 된다.

 

김 연구원은 "이런 단점을 해결하기 위해 이상영 UNIST(울산과학기술원)교수팀은 2개의 층으로 이뤄진 젤 전해질을 사용해 짧은 수명을 해결하는 방법을 제시했고, 유종성 DGIST(대구경북과학기술원)교수팀은 도전재로 다공성 탄소물질 대신 다공성 실리카를 사용해 양극의 내구성을 높여 수명을 연장할 수 있다고 밝혔다"며 "김희탁 KAIST(한국과학기술원)교수팀은 기존 리튬염을 리튬 나이트레이트염으로 교체해 전해액 함량을 기존 대비 4배 이상 줄이는 방안을 제시하고 있다"고 설명했다.

 

한 업계 관계자는 "리튬-황 배터리는 기술적 난제가 많아 상용화에 어려움을 겪고 있었던 차세대 배터리 중 하나였다"며 "그러나 현재 LG화학이 비행에도 성공하고 2025년까지 상용화 시기까지 제안한 만큼 차세대 배터리에서도 국내 기업이 일정 부분 성과를 내고 있다는 점에서 고무적"이라고 설명했다.

 

현재 국내 주요 배터리 기업은 차세대 배터리 개발에 박차를 가하고 있다. LG화학은 리튬-황 배터리, 삼성SDI는 전고체 배터리, SK이노베이션은 리튬 메탈 형태 전고체 배터리를 각각 차세대 배터리로 정하고 개발 중이다.

 

한편 테슬라도 한국시간으로 23일 오전 '배터리 데이'를 열어 자사의 배터리 기술력을 발표할 계획이다. 업계는 배터리 데이에서 배터리 수명이 긴 100만마일 배터리, 전고체 배터리 기술, 실리콘 음극재 활용 배터리 기술 등이 공개될 것으로 예상한다.

 

/뉴스1

  • 도배방지 이미지

관련기사목록
[포토뉴스] 정정순 국회의원, 청주시의회 방문 '참관'
메인사진
포토뉴스
[포토뉴스] 정정순 국회의원, 청주시의회 방문 '참관'
이전
1/17
다음
광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고