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리튬메탈전지로 12분 충전·800km 주행 실현
우리 연구진이 리튬메탈전지의 난제였던 덴드라이트 문제를 해결하며 전기차 배터리 기술의 새 시대를 열었다. 기존 리튬이온전지가 최대 600km 주행에 머물렀다면, 새 전지는 1회 충전 800km, 누적 30만 km 이상 수명, 12분 초고속 충전을 가능하게 했다.
우리 대학 생명화학공학과 김희탁 교수와 LG에너지솔루션이 공동으로 진행하고 있는 프론티어 연구소(Frontier Research Laboratory, 이하 FRL) 연구팀이 ‘리튬메탈전지(Lithium metal battery)’의 성능을 획기적으로 늘릴 수 있는 ‘응집 억제형 신규 액체 전해액’ 원천기술을 개발했다고 4일 밝혔다.
리튬메탈전지는 리튬이온 전지(Lithium-ion battery)의 핵심 재료 중 하나인 흑연 음극을 리튬메탈(Lithium metal)로 대체하는 것으로, 리튬메탈은 여전히 전지의 수명과 안정성 확보를 어렵게 하는‘덴드라이트(Dendrite)’라는 기술적 난제가 있다. 덴드라이트는 배터리 충전 시 음극 표면에 형성되는 나뭇가지 모양의 리튬 결정체로 배터리 성능과 안정성에 악영향을 미친다.
이 덴드라이트 현상은 급속 충전 시 더욱 심각하게 발생하며 전지의 내부 단락(short-circuit)을 유발하기 때문에, 아직 급속 충전 조건에서 재충전할 수 있는 리튬메탈전지의 기술은 구현이 매우 어려웠다.
FRL 공동연구팀은 리튬메탈이 급속 충전 시 덴드라이트 형성의 근본적 원인이 리튬메탈 표면에서 불균일한 계면 응집반응 때문임을 규명하고, 이 문제를 해결할 수 있는 ‘응집 억제형 신규 액체 전해액’을 개발했다.
신규 액체 전해액은 리튬 이온(Li⁺)과의 결합력이 약한 음이온 구조를 활용해 리튬 계면 상의 불균일성을 최소화하며, 급속 충전 시에도 덴드라이트 성장을 효과적으로 억제하는 특징이 있다.
이 기술은 높은 에너지밀도(Energy Density)를 유지하면서도, 기존의 리튬메탈전지에서 한계로 지적되던 느린 충전 속도를 극복해, 긴 주행거리를 확보하면서도 빠른 충전에서도 안정적인 작동이 가능하다는 특징이 있다.
LG에너지솔루션의 CTO 김제영 전무는 “LG에너지솔루션과 KAIST가 FRL을 통해 이어온 지난 4년간의 협력이 유의미한 성과를 창출하고 있다”며 “앞으로도 산학 협력을 더욱 강화해 기술적인 난제를 해결하고 차세대 배터리의 분야에서도 최고의 성과를 창출해 나가겠다”고 말했다.
생명화학공학과 김희탁 교수는 “이번 연구는 계면 구조에 대한 이해를 통해 리튬메탈전지의 기술적 난제를 돌파하는 핵심 토대가 됐고 리튬메탈전지가 전기차에 도입되기 위한 가장 큰 장벽을 넘어섰다”라고 평가했다.
이번 연구는 KAIST 생명화학공학과 권혁진 박사가 제1 저자로 세계적인 학술지 ‘네이처 에너지(Nature Energy)’에 9월 3일 자 게재됐다.
※ 네이처 에너지(Nature Energy) : 2024년 Clarivate Analytics가 발표한 Journal impact factor에서 에너지 분야 182개 학술지 중 1위, 총 2만 1천여 개 학술지 중 23위를 기록
※ 논문명 : Covariance of interphasic properties and fast chargeability of energy-dense lithium metal batteries
※ DOI: 10.1038/s41560-025-01838-1
한편, 이번 연구는 KAIST와 LG에너지솔루션이 차세대 리튬메탈전지 기술 개발을 위해 2021년 설립한 프론티어 연구소(Frontier Research Laboratory, FRL, 연구소장 김희탁 교수)를 통해 이뤄졌다.
2025.09.04 조회수 3360 -
제10회 지식재산대상 수상자 선정
우리 대학이 ʻ제10회 지식재산대상ʼ 수상자로 LG에너지솔루션(대표이사 김종현)과 백만기 김앤장 변리사를 선정했다. 지난 8일 서울 도곡캠퍼스에서 열린 시상식은 코로나 상황을 고려해 청중이 없는 상패 전달과 기념촬영 행사로만 진행했다.
올해로 10회째를 맞은 ʻ지식재산대상ʼ은 국가 경쟁력의 핵심 원천인 지식재산의 기반 조성, 창출, 활용, 보호 활동을 통해 국가경쟁력 향상에 기여한 개인이나 단체에 대해 수여하는 상이다. 공적사항의 사회적 영향력에 비중을 두어 수상자를 선정하고 있다.
LG에너지솔루션은 LG에너지솔루션이 과감한 특허 개발 투자를 통해 배터리 분야에서 세계 최다인 2만 6천여 건의 특허(2021.8월 말 공개 기준)를 확보한 점, 특허 및 기술 전문가가 핵심 연구 인력과 강하고 촘촘한 특허 창출을 목표로 IP R&D 프로젝트들을 가동하고 있는 점, 안전성 강화 분리막(SRS®) 특허 포트폴리오에 대해 경쟁사에 대한 글로벌 특허소송과 라이선스 등을 통해 천억 원이 넘는 수익을 올린 점, 영업비밀 보호를 위해 2년여에 걸친 미국 국제무역위원회(ITC) 등 소송을 통해 대규모의 금액 조건이 수반된 합의를 이끌어낸 점 등을 고려하여 수상기관으로 선정하였다.회사 대표로 지식재산대상을 수상한 이한선 상무는 "LG에너지솔루션의 지식재산권은 글로벌 시장에서 경쟁우위를 선점하고, 전기 자동차 고객과의 조인트벤처(JV) 등을 통한 사업 확장 모델을 뒷받침하는 핵심 자산으로 활용되고 있다ˮ라고 말했다. 이 상무는 이어 "앞으로 LG에너지솔루션은 과감한 연구개발로 확보한 지식재산을 사업의 근본적 경쟁력으로 활용하겠다ˮ라는 포부를 밝혔다.
지식재산대상(개인) 특별공로상을 수상한 백만기 변리사는 경기고, 서울대 전자공학과, KAIST(옛 한국과학원) 전기및전자공학과 석사, 펜실베이니아대 와튼스쿨 MBA 출신으로 22년간 우리나라의 중요한 산업기술 및 지식재산 정책 입안을 주도한 공적을 인정받았다. 수상자는 통상산업부 재직시 산업기술기반 조성에 관한 법률 제정을 주도하고, 컴퓨터·반도체·휴대전화· 디스플레이 등 우리나라의 대표적 산업 분야를 기술주도형으로 발전시키는 정책에 기여했다.
심사위원회는 지난 12년간 KAIST MIP가 배출한 졸업생 수백 명이 지식재산 업계와 기업, 정부, 법조계에서 전문성을 발휘하게 된 데에는 수상자가 강단에서 헌신한 공로가 컸다고 평가했다.
수상소감을 통해 백만기 변리사는 "특허청 심사관으로 첫 발을 내딛던 시절, 해외 실무자 연수에서 여러 가난한 나라 심사관들과 나란히 앉아 미국, 독일, 일본 심사관들로부터 교육을 받았다ˮ라고 회상했다. 이어 백 변리사는 "그 동안 우리 국민의 저력과 피땀 어린 노력 덕분에 이제는 우리나라가 주요 산업과 지식재산 제도에서 당당한 선진국 수준으로 도약한 것을 볼 때 참으로 감개무량하다ˮ고 소회를 밝혔다.심사위원장을 맡았던 고기석 한국지식재산서비스협회장은 "지식재산대상은 우리나라 기업 경쟁력의 원천이자 국가경제의 핵심자산인 지식재산의 중요성에 대한 인식을 확산시키기 위해 제정했다ˮ라고 밝혔다. 이어, 고 회장은 "이 상이 특별한 이유는 지식재산을 다루는 주요 기관과 전문가들이 모여 지식재산 발전에 장기간 실질적 공헌을 한 수상자들을 선별해 수여하는 민간 차원의 유일한 포상제도이기 때문이다ˮ라고 강조했다.지식재산대상은 대한변리사회와 한국지식재산서비스협회, KAIST가 공동 주최하고, 대한민국 특허(IP) 허브국가 추진위원회가 후원한다. 주관기관은 KAIST 지식재산대학원(MIP)이다
2021.10.12 조회수 12942