독일 프라운호퍼 태양에너지 시스템 연구소 연구진이 'StrOboBatt' 국책 프로젝트를 통해 실리콘 음극재를 적용한 25Ah급 파우치 셀의 1,000회 충·방전 수명 시험을 성공적으로 마쳤다고 발표했다. 1,000회 연속 충·방전 테스트 후에도 셀 용량은 상업용 최소 요건인 80%를 크게 웃도는 83% 이상을 유지했다고 밝혔다.

이번 개발의 핵심은 실리콘의 극심한 부피 팽창 문제를 제어한 데 있다. 기존 흑연 음극재는 충전 시 부피가 10~12% 증가한다. 그에 반해, 실리콘은 리튬 이온 흡수 과정에서 부피가 최대 300%(4배)까지 불어나 전극 구조를 파괴하고 전해질 분해를 가속화하는 한계가 있었다. 연구진은 음극 활물질의 51%를 실리콘-탄소 복합재로 구성하고 이를 고 니켈 양극재와 결합하여 기계적 안정성을 극대화했다.

실험실 및 파일럿 라인 검증 결과, 셀 구동 과정에서 가해지는 외부 기계적 압력과 충전 속도가 배터리 수명 유지를 결정짓는 핵심 변수로 확인됐다. 약 1,000kPa(10bar)의 외부 압력을 유지했을 때 전극의 전기적 접촉이 안정적으로 유지된 반면, 300kPa(3bar) 환경에서는 용량 감소 속도가 대폭 가속화됐다. 급가속 등 고출력 조건에서도 용량 감소가 비교적 빠르게 일어나는 점이 확인되어, 향후 차세대 배터리 상용화 시 배터리 관리 시스템(BMS)의 압력 및 셀 제어 로직이 고도화되어야 함을 보여주었다.

연구소 테스트용 셀의 에너지 밀도는 280Wh/kg이었으나, 공정 최적화를 통한 양산 단계에서는 약 330Wh/kg 달성이 가능할 것으로 추산했다. 이는 기존 NMC·NCA 삼원계 셀 대비 20~35% 향상된 수준이자 LFP 셀의 두 배에 달하는 수치다. 이 기술이 전기차에 적용될 경우, 동일한 배터리 무게 기준 탑재 용량이 75kWh에서 100kWh로 대폭 늘어나 중형 전기차의 실제 주행거리가 기존 450km에서 600km 이상으로 크게 확장된다.

이번 기술 확보는 유럽 자동차 및 배터리 공급망에 중요한 전략적 의미를 지닌다. 현재 배터리용 흑연 수입 의존도가 높은 상황에서, 지역 내 합성이 가능한 실리콘 복합재 채택률을 높임으로써 공급망 리스크를 낮추고 유럽 내 원자재 공급망 생태계를 강화하는 데 크게 기여할 것으로 기대된다.

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