LG에너지솔루션이 전고체 배터리 기술을 활용해 황(Sulfur) 양극 기반의 고용량 배터리를 구현하며 차세대 배터리 기술의 상용화 가능성을 한층 끌어올렸다.

LG에너지솔루션은 5일, Shirley Meng University of Chicago 교수 연구팀과 공동 수행한 연구 결과가 지난 2월 27일 에너지 분야 국제 학술지 Nature Communications에 게재됐다고 밝혔다.

 LG에너지솔루션에서 운영하는 FRL에서 연구원이 전고체 배터리를 연구하고 있다/사진=LG에너지솔루션 제공

이번 연구는 LG에너지솔루션이 University of California San Diego(UCSD) 및 시카고대학교 프리츠커 분자공학대학과 공동 운영 중인 FRL(Frontier Research Lab)의 대표적 산학 협력 성과로 평가된다. 연구진은 차세대 고용량 양극 소재로 주목받아 온 황을 적용해 높은 에너지 저장 성능을 구현하는 데 성공했다.

황은 가격이 저렴하고 자원이 풍부하며, 이론적으로 약 1,675mAh/g에 달하는 높은 용량을 구현할 수 있어 차세대 배터리 소재로 주목받아 왔다. 그러나 기존 액체 전해질 기반 리튬이온전지 구조에서는 충·방전 과정 중 생성된 황 화합물이 전해질로 용출되는 ‘폴리설파이드(Polysulfide) 용출’ 현상이 발생해 급격한 성능 저하를 초래하는 문제가 있었다. 이로 인해 높은 이론 용량에도 불구하고 수명 및 안정성 확보에 한계가 있다는 지적이 제기돼 왔다.

공동 연구진은 이러한 한계를 극복하기 위해 액체 전해질 대신 고체 전해질을 적용한 전고체 배터리 구조를 도입했다. 이를 통해 폴리설파이드 용출이 발생하는 환경을 원천적으로 차단했으며, 그 결과 약 1,500mAh/g 수준의 용량과 안정적인 수명 특성을 구현하는 데 성공했다.

특히 해당 성능은 실험실 단위의 코인셀 평가를 넘어 실제 파우치 형태의 셀에서도 구현됨을 확인했다. 이는 연구 성과가 이론적 검증을 넘어 실질적인 배터리 적용 가능성으로 이어질 수 있음을 보여주는 결과로 해석된다.

LG에너지솔루션은 이번 연구를 통해 황 양극 적용 시 기존 리튬이온전지 대비 한 단계 높은 에너지 용량 확장 가능성을 확인했다고 설명했다. 또한 산업계와 학계 간 협력을 기반으로 안전성, 에너지밀도, 비용 경쟁력을 동시에 확보해 차세대 배터리 기술 개발을 지속 확대해 나갈 방침이라고 밝혔다.

한편 이번 연구를 이끈 셜리 멍 교수는 ‘인터배터리 2026’ 부대 행사인 ‘더 배터리 콘퍼런스’ 연사로 참석해 전고체 배터리 및 차세대 배터리 기술의 발전 방향을 주제로 발표할 예정이다.

[경제엔미디어=김재호 기자]