소프트뱅크·엔파워재팬, 고에너지밀도 전고체전지 개발 성공

소프트뱅크와 엔파워재팬이 고체 전해질 균질화 및 박막화 기술을 통해 350Wh/kg(와트시 퍼 킬로그램=배터리 1kg당 저장할 수 있는 에너지의 양)의 높은 에너지 밀도를 가진 전고체전지 개발에 성공했다고 텔레컴페이퍼가 2일(현지시각) 보도했다.

보도에 따르면 이는 기존 리튬이온 배터리 대비 2배 이상 높은 에너지 밀도로, 가볍고 용량이 커 성층권 통신 플랫폼(HAPS) 등 다양한 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
두 회사는 앞서 520Wh/kg의 액체형 리튬금속 배터리 셀과 300Wh/kg의 전고체전지를 개발한 바 있다. 이번에는 고체 전해질의 균질성을 개선하고 전극 층의 평탄도를 높여 계면 저항을 줄이고 양극 활물질의 이용률을 높이는 데 집중했다. 그 결과, 리튬 금속 애노드를 사용한 전고체전지 셀에서 350Wh/kg의 높은 에너지 밀도를 달성하는 데 성공했다.


고체 전해질은 액체 전해질과 달리 양극 활물질과의 접착력이 낮아 계면 저항 증가 및 배터리 용량 감소 등의 문제를 야기한다. 이를 해결하기 위해 소프트뱅크와 엔파워재팬은 원료 입자 크기 조절, 분쇄 공정 개선, 필름 형성 공정 개선 등을 통해 고체 전해질의 균질화를 이뤄냈다. 이는 전도성 물질의 분산을 개선하고 양극 활물질의 이용률을 높여 넓은 면적에서 고용량화를 실현하고 단락을 억제하는 효과를 가져왔다.

현재 전극 수준에서 200회 충방전 수명을 달성했지만, 대면적 파우치 셀에서 발생하는 단락 문제는 여전히 해결해야 할 과제로 남아있다. 두 회사는 재료 및 전극에 대한 추가적인 균질화 기술 개발을 통해 대면적 전극이나 적층 구조에서의 단락을 방지하는 데 주력할 계획이다.


소프트뱅크와 엔파워재팬은 2024 회계연도에 400Wh/kg의 에너지 밀도를 달성하고, 2026 회계연도에는 1000회 이상의 충방전 수명을 확보하는 것을 목표로 하고 있다. 또한, 압축 메커니즘의 압력을 줄이는 핵심 기술 개발을 통해 고체 배터리 성능을 더욱 향상시키고 실용화를 앞당길 계획이다.

이번 개발 성공은 HAPS를 비롯해 드론, IoT 기기, 전기차 등 다양한 분야에서 차세대 배터리 활용 가능성을 높여줄 것으로 기대된다. 특히, HAPS는 성층권에서 장시간 체공하며 통신 서비스를 제공하는 무인 항공기로, 가볍고 용량이 큰 배터리가 필수적이다. 소프트뱅크는 이번 개발 성과를 바탕으로 HAPS 상용화에 박차를 가할 것으로 예상된다.


전고체전지는 액체 전해질을 사용하는 기존 리튬이온 배터리와 달리 고체 전해질을 사용해 안전성과 에너지 밀도를 높인 차세대 배터리로 주목받고 있다. 소프트뱅크와 엔파워재팬의 이번 개발 성공은 전고체전지 상용화를 앞당기고 차세대 배터리 시장을 선도하는 데 크게 기여할 것으로 전망된다.


이태준 글로벌이코노믹 기자 tjlee@g-enews.com