현대차 사로잡은 삼성 전고체 배터리 기술은? '수명 늘리고, 크기는 줄여'

1회 충전 주행 거리 800㎞… 1000회 이상 재충전도

▲삼성전자 차세대 '전고체전지' 혁신기술을 개발한 (왼쪽부터) 유이치 아이하라 Principal Engineer(교신저자), 이용건 Principal Researcher(1저자), 임동민 Master(교신저자) (사진=삼성전자)

이재용 삼성전자 부회장과 정의선 현대차그룹 수석 부회장이 13일 차세대 전기차 개발을 위해 회동한 데는 삼성이 보유한 우수한 전기차 배터리 기술이 한몫했다.

삼성전자 종합기술원은 최근 1회 충전 주행거리가 800㎞에 이르는 전고체전지 혁신기술을 발표한 바 있다.

차세대 배터리로 주목받는 전고체전지는 배터리 양극과 음극 사이에 있는 전해질을 액체에서 고체로 대체하는 배터리로 기존 리튬이온전지와 비교해 대용량을 구현하고 안전성을 높인 것이 특징이다.

삼성전자 종합기술원이 삼성전자 일본연구소와 공동으로 개발한 전고체 배터리는 현재 전기차 배터리의 2배 이상 성능을 개선했다. 현재 중소형 전기차에 탑재되는 '리튬-이온 배터리'는 한번 충전시 400㎞가량 주행할 수 있고 500회 이상 충전한 후에는 배터리의 성능이 떨어진다.

반면 삼성 전고체 배터리는 1회 충전으로 800㎞를 주행할 수 있고, 1000회 이상 재충전도 가능하다.

삼성전자는 그동안 전고체 배터리의 문제로 지적되던 '덴드라이트'를 해결했다는 점에서 높은 평가를 받았다.

현재 글로벌 업체들이 개발 중인 전고체 배터리는 일반적으로 '리튬금속'을 음극소재로 사용해 배터리 충전 시 리튬이 음극 표면에 적체돼 나타나는 나뭇가지 모양의 결정체(덴드라이트)로 배터리 분리막을 훼손해 배터리 성능을 떨어뜨렸다.

삼성전자는 덴드라이트 문제를 해결하기 위해 전고체전지 음극에 5마이크로미터(㎛·100만분의 1m) 두께의 '은-탄소 나노입자 복합층'을 적용한 '석출형 리튬음극 기술'을 세계 최초로 적용했다.

해당 기술은 전고체 배터리의 안전성과 수명을 증가시켜주며 기존보다 배터리 음극 두께를 얇게 만들어 에너지밀도를 한층 높여준다.

업계는 전고체 배터리가 현재 전기차 배터리 시장의 판도를 바꿔놓을 핵심 제품으로 보고 있다.

우선 전고체 배터리는 액체 전해질이 존재하지 않아 온도 변화에 따른 전해질 증발이나 외부 충격에 따른 액체 유출 위험 등이 없어 안정성이 높다.

또 탈용매 반응이 필요 없어 출력이 높으며 액체 전해질을 사용하지 않아 한겨울 외부에 전기차를 세워 놓아도 배터리 충전율에 큰 변화가 없다.

임동민 삼성전자 종합기술원 마스터는 “이번 연구는 전기자동차의 주행거리를 혁신적으로 늘리는 핵심 원천기술”이라며 “전고체 배터리 소재와 양산 기술 연구를 통해 차세대 배터리 한계를 극복해 나가겠다”고 말했다.

삼성전자는 지난 2018년 삼성전자 서울대 연구소에서 차세대 배터리 기술을 주제로 한 ‘전고체전지 포럼’을 개최하는 등 관련 기술 확보에 적극적인 행보를 보이고 있다. 삼성SDI 역시 글로벌 주요 자동차 업체에 전기차 배터리를 공급하는 등 입지를 다지고 있다.