전고체 배터리 통해 황 양극 ‘용출’ 문제 차단… 고용량 배터리 구현 성공
액체 전해질 환경에서 발생하던 ‘폴리설파이드 용출’ 현상 해결, 황의 높은 이론 용량 구현 가능성 확대
LG에너지솔루션이 양극 소재로 ‘황(Sulfur)’을 활용한 고용량 배터리를 전고체 기술을 통해 실제로 구현하며 차세대 고용량 배터리의 새로운 가능성을 제시했다.
5일, LG에너지솔루션은 전고체 배터리 분야의 세계적인 석학 시카고대학교 셜리 멍(Shirley Meng) 교수 연구팀과 공동 수행한 연구 결과가 지난 2월 27일 에너지 분야 국제 학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’에 게재됐다고 밝혔다.
이번 성과는 LG에너지솔루션이 UC샌디에이고(UCSD) 및 시카고대학교 프리츠커 분자공학대학(Pritzker School of Molecular Engineering)과 공동 운영 중인 FRL(Frontier Research Lab)의 대표적인 연구 결과다.
이번 연구 결과는 ‘황(Sulfur)’을 배터리 양극 소재로 적용해 높은 에너지 저장 성능을 구현했다는 점에서 의미가 있다. 황은 가격이 저렴하고 자원이 풍부한 데다가 이론적으로 약 1675mAh/g에 달하는 매우 높은 용량을 구현할 수 있어 차세대 고용량 양극 소재 후보로 주목받아 왔다.
그러나 기존 액체 전해질을 사용하는 구조에서는 충·방전 과정에서 생성된 황 화합물이 전해질로 빠져나가 성능이 급격히 저하되는 ‘폴리설파이드(Polysulfide) 용출’ 현상이 발생해 왔다. 이로 인해 높은 이론 용량에도 불구하고 수명과 안정성 확보가 어려워 상용화에 한계가 있다는 평가를 받아왔다.
공동 연구진은 이러한 문제를 해결하기 위해 액체 전해질 대신 고체 전해질을 적용한 전고체 배터리 구조를 도입했다. 이를 통해 용출이 발생하는 환경을 원천적으로 차단했고 그 결과 약 1500mAh/g 수준의 용량과 안정적인 수명 성능을 구현하는 데 성공했다.
특히 해당 성능은 코인셀 평가에 그치지 않고 실제 파우치 형태의 셀 상태에서도 구현됨을 확인했다. 이를 통해 연구 성과가 실질적인 배터리 적용 가능성으로 이어질 수 있음을 검증했다.
LG에너지솔루션은 이번 성과는 황 양극을 적용해 기존 리튬이온전지 대비 한 단계 높은 에너지 용량 확장 가능성을 확인했다는 점에서 의미가 크다며, 산업계와 학계의 협력을 바탕으로 안전성, 에너지밀도, 비용 경쟁력을 동시에 확보해 차세대 배터리 기술을 지속적으로 확대해 나갈 것이라고 밝혔다.
한편 이번 연구를 이끈 셜리 멍 교수는 오는 인터배터리 2026 ‘더 배터리 콘퍼런스’ 연사로 참석해 전고체 배터리 및 차세대 배터리 기술의 발전 방향에 대해 발표할 예정이다.
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