7일, LG에너지솔루션이 임종우 서울대학교 화학부 교수 연구진과 공동 연구를 통해 차세대 배터리인 리튬망간리치(LMR) 배터리의 전기차용 대형 셀 적용 가능성을 높인 성과를 발표하였습니다. 이번 연구는 세계적 권위의 학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 게재되면서, 배터리 업계의 주목을 받고 있습니다. 해당 연구는 LMR 배터리의 충·방전 과정에서 발생하는 가스 발생과 용량 저하의 원인을 규명하고, 이를 제어할 수 있는 최적 운용 조건을 제시하는 데 큰 의미가 있습니다.
이 연구의 핵심 내용은 충전과 방전 시 산소의 회복 과정을 정밀하게 분석한 결과, 충전 상한 전압과 방전 하한 전압이 산소 회복에 결정적 영향을 미친다는 점입니다. 특히, 충전 상한 전압을 4.6V에서 4.3V로 낮추었을 때 산화된 산소의 환원율이 86%에서 97%로 크게 향상되었으며, 방전 전압을 3.0V에서 2.0V까지 낮췄을 때 산소가 거의 원래 상태로 회복되는 현상이 관찰되었습니다. 이로 인해 배터리 내부 압력 상승과 성능 저하를 실질적으로 억제할 수 있는 가능성이 열리게 된 것입니다.
이 연구 성과를 토대로 LG에너지솔루션 연구진은 40Ah(암페어시)급 대형 셀의 구동 전압 범위와 활성화 공정을 재설계하였으며, 최적 조건에서 883회의 충·방전 평가를 실시하였습니다. 그 결과, 초기 에너지의 92.2%를 유지하며 뛰어난 수명 안정성을 보여주었으며, 이는 소형 셀을 넘어 전기차에 실질적으로 탑재 가능한 대형 셀 수준에서도 LMR 소재의 상용화가 가능하다는 의미를 갖고 있습니다.
이와 같은 성과는 차세대 배터리의 시장 경쟁력을 높이는 중요한 기점이 될 것으로 기대됩니다. 특히, LMR 배터리는 코발트 대신 저렴한 망간을 활용하여 소재 비용을 크게 절감할 수 있으며, 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있다는 장점이 있습니다. 하지만 지금까지 상용화의 가장 큰 장애물은 충전 시 산소의 산화와 방전 시 회복 실패로 인한 성능 저하였는데, 이번 연구는 이를 실질적으로 해결할 수 있는 방안을 제시하였다는 점에서 매우 의미가 높습니다.
이처럼, 이번 성과는 차세대 배터리 소재의 실용화와 안전성 확보를 동시에 달성하는 데 중요한 기술적 돌파구를 마련한 것으로 평가됩니다. 앞으로도 LG와 서울대 연구팀이 협력하여 더 나은 전기차 배터리 개발을 지속한다면, 글로벌 경쟁에서 우위를 점할 수 있는 핵심 경쟁력을 갖추게 될 것으로 기대됩니다.
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