미국 스타트업 Pure Lithium은 기존의 흑연 음극 없이 리튬인산철(LFP) 화학을 사용하는 리튬 금속 배터리의 실험실 결과를 발표했다. 회사에 따르면 시험 셀은 9,315회의 충전 및 방전 사이클을 달성했다. 회사는 이 결과가 기존 리튬 이온 배터리의 사이클 수명을 약 3배 웃돌며, 자사가 아는 한 현재 개발 중인 리튬 금속 배터리 가운데 전례가 없는 기록이라고 주장한다.
이 기술은 전고체 배터리가 아니며 실리콘 음극에도 의존하지 않는다. 대신 Pure Lithium은 액체 전해질과, 전기 증착 공정을 통해 구리 집전체 위에 직접 형성되는 리튬 금속 음극을 사용한다. 회사는 이 공정을 통해 셀의 구성 요소 중 하나인 음극을 한 단계로 제조할 수 있다고 말한다.
실제로 무엇이 달라지는가?
Pure Lithium의 설계는 음극을 완전히 없애는 것이 아니라 셀에서 흑연을 제거하려는 시도와 관련되어 있다. 회사에 따르면 흑연은 셀 내부에서 공간과 무게를 차지하며, 전 세계적으로 사용되는 흑연의 90% 이상이 중국에서 가공된다. 회사는 흑연을 제거해 확보되는 공간을 추가 에너지 저장 물질에 할당할 수 있다고 보고 있다.
최고경영자 Emilie Bodoin은 이 배터리가 현재 사용되는 배터리의 절반 무게와 두 배의 에너지 밀도를 가지면서 비용도 크게 낮출 수 있다고 말한다. 회사는 자사 배터리 1세대의 에너지 밀도가 킬로그램당 300와트시이며, 2세대는 킬로그램당 425와트시를 목표로 한다고 밝혔다. Pure Lithium은 구체적으로 9,315회 사이클 테스트를 달성한 셀의 에너지 밀도는 공개하지 않았다.
강력한 결과지만 실험실 테스트에 한정
테스트는 1C의 충전 및 방전율로 진행됐다. 이는 셀을 한 시간 동안 완전히 충전한 뒤 한 시간 동안 방전하는 과정을 반복하는 방식이다. 회사는 셀이 수천 회의 사이클 이후에도 방전 용량을 거의 유지했다고 밝혔다. 그러나 테스트가 연속적으로 진행된 것은 아니다. 회사 본사를 보스턴에서 시카고로 이전하는 동안 약 6,000회 사이클 부근에서 4개월간 중단됐다가 이후 재개됐다.
Pure Lithium은 또한 보스턴 연구실에서 온도 제어가 없었고 여러 차례 정전이 발생해 테스트 초반의 변동에 영향을 미쳤다고 설명했다. 회사는 2025년 1월에 진행한 이전 테스트에서도 유사한 속도에서 한 셀이 2,200회 사이클 후 용량의 80% 이상을 유지한 것으로 나타났다고 밝혔다.
이 소식이 중요한 이유는?
이러한 결과가 더 큰 셀과 확장 가능한 생산으로 이어진다면, 이 기술은 중국과 연계된 흑연 및 공급망에 대한 의존도를 낮추면서 미국에서 현지 생산이 확대되고 있는 LFP 화학을 유지할 수 있는 경로를 제시할 수 있다. 그러나 현재의 데이터만으로는 비용, 안전성 또는 전체 배터리 팩 수준의 성능에서 상용 배터리와 경쟁할 수 있는 능력이 아직 입증되지 않았다.
Pure Lithium은 현재 시카고에서 파일럿 라인을 구축하고 있으며, 기술의 상용화와 확장을 지원할 40곳이 넘는 기업과 협의하고 있다. 회사는 Factorial, Solid Power, QuantumScape와 같은 기업들과 경쟁하고 있지만, 이들 기업은 전고체 또는 반고체 전해질과 실리콘 음극 기술을 포함한 서로 다른 접근 방식을 따르고 있다. 따라서 9,315회 사이클이라는 결과는 여전히 중요한 실험실 지표일 뿐, 상용화된 배터리의 발표는 아니다.