[녹색경제신문 = 문홍주 기자] 지난 21일 삼성SDI의 전고체 2차전지 적층 기술과 관련된 특허(공개번호 10-2024-0070450)가 대한민국 특허청을 통해 공개됐다.

리튬 배터리의 가장 큰 문제, 화재 문제 해결

삼성SDI의 이번 특허는 적층 구조를 달리함으로써 리튬 배터리의 화재 문제를 해결할 수 있을 것으로 예상된다.

이번 특허에서 볼 수 있는 적층 구조는 구성 요소 간의 균일한 접촉과 최소한의 저항을 보장하도록 정교하게 설계됐다.

이를 통해 리튬 배터리의 일반적인 문제인 덴드라이트(Dendrite) 형성 문제를 해결할 수 있을 것으로 예상된다.

덴드라이트란 리튬 배터리를 사용하게 되면 일정하게 생겨나는 나뭇가지 모양의 결정을 말한다. 전지의 양극에 뿌리를 두고 무작위로 자라나며 크기가 너무 커질 경우 분리막을 손상시킬 수 있다. 분리막 손상은 화재로 이어지게 된다.

충방전 불량을 막기 위한 기술 3가지

전고체 2차전지의 큰 문제 중 하나는 충·방전시 셀이 팽창 및 수축하면서 적층 구조가 망가져 버릴 수 있다는 것이다. 간단히 말해 ‘배터리 불량’이 나게 된다. 이번 특허에는 이러한 배터리 불량을 막기 위한 3가지 기술들이 눈에 띈다.

▲ 극 집전체

배터리의 양극과 음극을 연결하는 도전성 소재다. 이 특허에서는 리튬 이온의 이동을 최적화하기 위해 각각의 극 집전체가 상이한 두께와 재질로 설계된 것으로 보인다.

▲ 활물질층

리튬 이온을 저장하고 방출하는 층이다. 이 특허에서는 양극과 음극에 각각 다른 활성 물질을 사용하여 배터리의 에너지 밀도와 안정성을 향상시킨 것으로 보인다.

▲ 고체 전해질

이온 전도를 담당하는 층으로 Li2S-P2s5(황화리튬-오황화인) 같은 복합재료를 사용하여 배터리 내부의 스트레스를 줄이고 안정성을 높인 것으로 보인다.

공개된 특허 기술은 여러 변형 및 개량 형태 또한 발명의 권리에 포함시키고 있기 때문에 최종적인 모습과는 거리가 있을 가능성이 높다. 다만 이 특허 공개를 통해 '꿈의 배터리'로 불리는 전고체 배터리가 어디까지 현실화되었는지를 유추해 볼 수 있을 것으로 보인다.