LG엔솔이 밀고 있는 차세대 리튬황 배터리
리튬이온 배터리를 이을 차세대 배터리의 개발을 위해 글로벌 배터리 제조사들의 경쟁이 치열합니다.
에너지 밀도가 우수하고, 충전 속도 역시 빨라 차세대 배터리를 위해 대부분의 업체들이 전고체 배터리에 매달리고 있는 시점에 LG엔솔은 리튬-황 배터리를 차세대로 점찍었는데요. 무슨 이유일 까요?
전고체 배터리와 리튬황 배터리는 모두 현재 사용하는 리튬이온 배터리의 한계를 극복한 차세대 배터리입니다.
하지만 전고체에 인기에 비해 리튬황의 관심도는 매우 낮은 것이 사실입니다. 관심도만큼이나 제조사들의 연구 역시 활발하게 진행되지는 않고 있습니다.
리튬황 배터리는 양극소재로 황을, 음극소재로 리튬금속을 이용합니다.
기존의 리튬이온 배터리의 경우 양극재로 니켈, 코발트, 망간 (NCM)을 사용하였고, 용량확대를 위해서 니켈비중을 올린 하이니켈 리튬이온배터리 방향으로 개발이 진행 중입니다. 그러나 반응성이 좋은 니켈 비중이 올라감에 따라서 안정화를 위한 코발트나 알루미늄 비중도 증가하다 보니 배터리의 제조원가 경쟁력이 안 좋아지는 단점이 있습니다.
결국 가격경쟁력을 확보하면서 에너지 밀도 또한 높일 수 있는 방안이 필요합니다.
이런 니즈에 리튬황 배터리는 좋은 대안이 되고 있습니다. 황은 주위에서 쉽게 확보가 가능한 저렴한 소재이기 때문에 가격경쟁면에서 장점을 가지고 있습니다. 에너지 밀도 또한 높아서 고용량의 배터리를 구성할 수 있습니다.
또한 전고체 전지와 마찬가지로 음극소재로 리튬금속을 사용하기 때문에 이론적인 에너지 밀도가 리튬이온 전지의 4배 이상(2,500Wh/kg)이나 됩니다. 리튬이온 배터리의 음극재 흑연의 용량(시간당 전류)은 372 mhA/g 수준이지만 리튬금속의 경우 10배가 넘는 3,841 mhA/g에 이릅니다.
LG엔솔의 경우 양극재로 황탄소복합체를 사용한 리튬황 배터리 개발에 집중하고 있습니다 지난해 9월 국내 최초로 리튬 황전 지를 탑재한 무인기를 성층권 높이까지 올리기도 하였습니다.
하지만 아직 해결해야 하는 문제들이 산적한 상태입니다.
리튬황 배터리를 충전과 방전을 반복하는 과정에서 황산화물이 생성됩니다. 양극에서 생성되는 황산화물(리튬 폴리 설파이드)이 음극 표면에 막을 형성하여 양극소재의 양이 조금씩 감소하고 이온의 흐름을 저하시키는 것이죠.
또한 이런 황산화물을 용해시키기 위해서 전해질의 비중을 낮출 수 없기 때문에 일정 수준 이상의 에너지 밀도 향상에 한계가 있다는 단점을 가지고 있습니다.
LG엔솔은 사실 리튬황 배터리와 전고체를 동시에 개발하고 있습니다. 그러나 현재 생산라인의 구조에 리튬황을 접목한다면 전고체가 상용화되기 전 현재의 리튬이온 배터리를 능가하는 제품을 선보일 수 있기 때문에 2트랙 전략을 구사하는 것으로 보입니다. 현재의 리튬이온배터리 라인을 최대한 활용할 수 있고 전고체보다 구현이 용이하며, 기존의 리튬이온 배터리보다 월등히 에너지 밀도가 높기 때문에 충분히 가능성이 있다고 보는 것입니다. 또한 다른 경쟁업체들의 관심도가 매우 낮고, 비단 전기차 시장뿐만 아니라 무인항공기 등과 같은 니치마켓으로의 진출도 가능하기 때문입니다.
과연 LG엔솔의 예상대로 리튬황 배터리를 통해서 경쟁사들보다 우위를 선점할 수 있을지 궁금해집니다.