[서울타임즈뉴스 = 최남주 기자] LG에너지솔루션이 황(Sulfur)을 양극 소재로 활용한 고용량 전고체 배터리를 실제로 구현하며 차세대 배터리 기술의 새로운 가능성을 제시했다. LG에너지솔루션은 시카고대학교 셜리 멍(Shirley Meng) 교수 연구팀과 공동 수행한 연구 결과가 지난 2월 27일 에너지 분야 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’에 게재됐다고 5일 밝혔다.

이번 연구는 LG에너지솔루션이 UC샌디에이고(UCSD) 및 시카고대학교 프리츠커 분자공학대학과 공동 운영 중인 FRL(Frontier Research Lab)에서 진행된 대표적인 성과다.

연구의 핵심은 차세대 양극 소재로 주목받아 온 ‘황’을 활용해 높은 에너지 저장 성능을 구현했다는 점이다. 황은 가격이 저렴하고 자원이 풍부한 데다 이론적으로 약 1675mAh/g에 달하는 높은 용량을 구현할 수 있어 차세대 고용량 배터리 소재로 꾸준히 연구돼 왔다.

하지만 기존 리튬이온 배터리처럼 액체 전해질을 사용하는 구조에서는 충·방전 과정에서 생성되는 황 화합물이 전해질로 빠져나가는 ‘폴리설파이드(Polysulfide) 용출’ 현상이 발생해 성능이 급격히 저하되는 문제가 있었다. 이로 인해 높은 이론 용량에도 불구하고 안정성과 수명 확보가 어려워 상용화에 한계가 있다는 평가를 받아왔다.

공동 연구진은 이러한 문제를 해결하기 위해 액체 전해질 대신 고체 전해질을 적용한 전고체 배터리 구조를 도입했다. 고체 전해질을 적용함으로써 폴리설파이드 용출이 발생하는 환경을 근본적으로 차단했고, 그 결과 약 1500mAh/g 수준의 높은 용량과 안정적인 수명 성능을 구현하는 데 성공했다.

특히 이번 연구는 실험실 수준의 코인셀 테스트에 그치지 않고 실제 파우치 형태의 셀에서도 동일한 성능이 구현되는 것을 확인했다. 이는 연구 성과가 실제 배터리 제품 적용 가능성으로 이어질 수 있음을 보여주는 중요한 결과로 평가된다.

LG에너지솔루션 관계자는 “이번 성과는 황 양극을 적용해 기존 리튬이온전지 대비 한 단계 높은 에너지 용량 확장 가능성을 확인했다는 점에서 의미가 크다”며 “산업계와 학계의 협력을 바탕으로 안전성, 에너지밀도, 비용 경쟁력을 동시에 확보해 차세대 배터리 기술 개발을 지속 확대해 나가겠다”고 밝혔다.

한편 이번 연구를 이끈 셜리 멍 교수는 오는 인터배터리 2026 ‘더 배터리 컨퍼런스’ 연사로 참여해 전고체 배터리와 차세대 배터리 기술 발전 방향에 대해 발표할 예정이다.