정밀 리튬 치료: 배터리의 회춘을 이끄는 혁신 기술
리튬이온 배터리, 현대 기술의 심장
리튬이온 배터리는 현대 문명을 지탱하는 핵심 에너지 장치다. 스마트폰부터 전기차, 재생에너지 저장장치까지, 거의 모든 이동형 전자기기의 동력원이지만 수명은 한계가 명확하다. 일반적으로 1,000~2,000회 정도의 충방전 이후 배터리 성능은 급격히 저하되며, 결국 폐기된다.
이는 막대한 자원 낭비이자 환경 오염의 원인이 되고 있다. 그러나 최근 푸단대학교 연구팀이 발표한 기술은 이 고질적인 한계를 뒤흔들고 있다. 리튬이온 배터리는 한 번 만들어진 후 점점 '늙어가는' 수명을 피할 수 없다는 기존 상식을 정면으로 뒤엎는 연구다.
외부 리튬 주입이라는 전환점
2025년, 푸단대 연구진은 세계적 과학 저널인 『네이처(Nature)』에 리튬이온 배터리를 분해하지 않고도 재생시키는 기술을 발표했다. 핵심은 '외부 리튬 주입(External Li supply)' 방식이다.
기존 배터리 셀에 리튬염 용액(LiSO₂CF₃)을 주입함으로써, 시간이 지나며 손실된 리튬이온을 전극 내에 다시 공급하고 성능을 회복시키는 방식이다. 놀라운 점은, 이를 위해 셀을 분해하거나 구조를 변경할 필요 없이 단순한 주입만으로도 회복 효과를 얻을 수 있다는 점이다.
기존의 재사용 기술이 복잡한 해체, 분리, 재조립 과정을 수반했던 데 비해, 이 기술은 유지보수의 개념에 가까울 정도로 간편하며 경제적이다. 배터리를 일종의 '리튬 연료통'으로 바라보는 새로운 관점은, 그 자체로 배터리 산업의 철학을 뒤집는다.
나아가 이러한 주입 방식은 자동화된 리튬 주입 장치를 통해 양산 체계에도 적용할 수 있는 가능성을 내포하고 있다. 전기차를 운행하면서 주기적으로 '리튬 보충소'에 들러 충전과 함께 성능 회복을 받는 미래의 모습도 상상해볼 수 있다.
AI 기반 분자 설계의 혁신
이 기술의 배경에는 인공지능이 있다. 연구진은 AI 기반 분자동역학 시뮬레이션을 통해 수백 가지의 후보 물질을 분석하고, 전기화학적으로 안정적이며 배터리 내부 환경에 적합한 리튬염을 도출했다. 그렇게 선택된 것이 바로 리튬염 용액(LiSO₂CF₃)였다. 이 물질은 배터리 내부로 들어간 후 빠르게 분해되어 리튬이온을 방출하고, 잔여 성분은 휘발성 가스로 변해 구조에 영향을 미치지 않는다.
AI는 단순한 계산 보조가 아니라, 물질의 상호작용을 예측하고 실험적 시행착오를 줄이는 역할을 했다. 이는 소재 과학의 패러다임을 '실험 중심'에서 '예측 중심'으로 바꾸는 기술적 진보이기도 하다. 또한 이 접근은 연구개발 속도를 획기적으로 끌어올리며, 소재 탐색에서 데이터 기반 설계가 갖는 실질적 위력을 보여준다. 이는 향후 전지 소재 개발뿐 아니라 반도체, 촉매, 신약 등 다른 분야로도 응용이 가능하다.
수명, 효율, 지속 가능성의 삼박자 충족
실험 결과는 압도적이었다. 상용 LFP(Lithium Iron Phosphate) 배터리 셀에서 11,818회의 충방전 이후에도 초기 용량의 96%를 유지했다. 이는 기존 수명의 5~10배에 해당하며, 전기차 배터리의 경제성과 지속가능성을 획기적으로 끌어올릴 수 있는 수치다. 연구진은 이를 통해 일부 셀은 최대 6만 회까지도 성능을 유지할 수 있을 것으로 전망했다.
기존 배터리는 시간이 지날수록 불가역적인 열화가 발생했지만, 외부 리튬 주입은 이를 일정 수준에서 되돌릴 수 있다는 점에서 '역방향 수명 제어'라는 새로운 개념을 제시한다. 기술적으로나 경제적으로 모두 효율성을 극대화할 수 있는 모델이다. 또한 전기차뿐 아니라 태양광 에너지 저장장치, 대형 ESS, 드론 등 다양한 응용 분야에 확대 적용할 수 있는 잠재력도 높다.
배터리 생애주기와 산업 구조의 전환
이 기술이 가진 의미는 단순한 배터리 수명 연장에 머물지 않는다.
첫째, 자원 순환의 관점에서 획기적인 전환점이 된다. 지금까지는 배터리 수명이 다하면 폐기하고 새로 교체하는 방식이었지만, 이제는 일정 주기로 리튬을 보충함으로써 재사용이 가능해진다.
둘째, 환경 측면에서도 전자폐기물 감소, 리튬 채굴 감소라는 이중 효과를 기대할 수 있다. 마지막으로 배터리 산업의 구조 자체가 ‘소모품 기반’에서 ‘지속 가능 기반’으로 재편될 수 있다는 점에서 전략적 가치가 크다.
예를 들어, 전기차 제조사는 단순히 배터리를 공급받는 데 그치지 않고, 배터리 재생 솔루션을 함께 제공하는 서비스 기업으로 진화할 수 있다. 이는 자동차 산업의 수익구조에도 직접적인 영향을 줄 것이다. 또한 새로운 정비 산업이 형성되고, 배터리 유지보수와 관련된 인증 기술자와 센터가 필요해지는 등 일자리 창출 측면에서도 의미 있는 변화를 가져올 수 있다.
상용화를 향한 과제들
하지만 넘어야 할 과제도 분명하다. 현재 기술은 셀 단위에서만 실험되었기 때문에 모듈이나 팩 단위, 특히 전기차용 대용량 배터리에서의 적용 여부는 아직 검증되지 않았다. 또한 다양한 화학 조성—특히 니켈, 코발트 계열 배터리—에서도 동일한 효과를 낼 수 있는지에 대한 후속 연구도 필요하다. 규제와 안전성 검증, 비용 구조와 생산 공정의 재설계 역시 상용화를 위한 필수 조건이다.
무엇보다 중요한 것은 기술이 시장에 진입할 수 있는 현실적 조건을 어떻게 충족시킬 수 있는가이다. 연구실의 성공이 산업 현장에서 반복 가능해야 진정한 혁신이 되기 때문이다. 기존 배터리 제조 기업들의 협력이 필수적이며, 기술 라이선스, 인증 제도, 재생 주기 모니터링 시스템 등의 제도화 작업이 병행되어야 한다.
배터리와 인간의 닮은꼴
그럼에도 불구하고 이번 연구는 분명한 전환점이다. 마치 사람의 건강을 회복시키는 것처럼, 배터리를 ‘치료’하는 개념은 배터리를 단순한 소모품이 아닌, 돌보고 관리할 수 있는 에너지 장치로 바라보게 만든다.
전기차 보급이 본격화되는 현시점에서, 이러한 기술은 단순한 효율성의 문제가 아니라 지속 가능한 미래를 위한 선택지로 주목받는다.
배터리 회춘 기술은 기술적인 진보이자, 자원과 환경, 산업을 아우르는 전략적 혁신이다. 이제 우리는 더 이상 배터리를 버리는 대신, 치료하고 재활용하는 시대를 맞이하고 있다. 이것이야말로 기술이 삶과 지구에 진정한 가치를 돌려주는 방식일 것이다.
* Reference
Nature, 2025, “External Li supply reshapes Li-deficiency and lifetime limit of batteries, Gao Yue et al.”
Precision Lithium Therapy: The Breakthrough Technology That Rejuvenates Batteries
Lithium-Ion Batteries, the Heart of Modern Technology
Lithium-ion batteries are the key energy devices that sustain modern civilization. From smartphones and electric vehicles to renewable energy storage systems, they power nearly all portable electronics, yet their lifespan has clear limits. Typically, after 1,000 to 2,000 charge-discharge cycles, battery performance drops sharply and they are eventually discarded. This leads to massive resource waste and environmental pollution. However, a new technology announced by a research team at Fudan University has disrupted this chronic limitation. The study challenges the conventional belief that lithium-ion batteries inevitably 'age' and deteriorate once produced.
A Turning Point: External Lithium Injection
In 2025, researchers at Fudan University published in the prestigious journal 'Nature' a technique for rejuvenating lithium-ion batteries without disassembling them. The core of the innovation lies in the method of "external lithium supply." By injecting a lithium salt solution (LiSO₂CF₃) into used battery cells, the team was able to replenish lost lithium ions within the electrodes and restore battery performance. Remarkably, this rejuvenation was achieved without dismantling or altering the battery's internal structure.
Unlike traditional reuse technologies that involve complex disassembly, separation, and reassembly, this method is simple, economical, and closely resembles regular maintenance. This fresh perspective of viewing the battery as a kind of "lithium fuel tank" represents a philosophical shift in battery science. Moreover, this injection technique holds potential for mass production through automated lithium-supplying devices. One can even imagine a future where EVs regularly visit “lithium refueling stations” to recharge and rejuvenate their batteries simultaneously.
AI-Powered Innovation in Molecular Design
Artificial intelligence lies at the core of this technological breakthrough. The researchers employed AI-driven molecular dynamics simulations to evaluate hundreds of candidate substances and identify a lithium salt that was electrochemically stable and suitable for the internal environment of a battery. The chosen compound was a lithium salt solution (LiSO₂CF₃). Once inside the battery, this substance quickly decomposes to release lithium ions, and its residue evaporates as volatile gas, leaving no structural impact.
AI played more than just a computational support role; it predicted material interactions and significantly reduced trial-and-error during experimentation. This marked a shift in materials science from an experiment-centered to a prediction-centered paradigm. It also drastically accelerated R&D processes, showcasing the practical power of data-driven design in materials discovery. This approach has implications not only for batteries, but also in semiconductors, catalysts, and drug development.
Meeting the Triple Goals: Lifespan, Efficiency, and Sustainability
The experimental results were overwhelming. In commercially available LFP (Lithium Iron Phosphate) battery cells, the technology maintained 96% of the original capacity even after 11,818 charge-discharge cycles. This translates to five to ten times the standard battery lifespan and suggests the potential to drastically improve the economic and environmental viability of electric vehicle batteries. Some cells are projected to retain functionality for up to 60,000 cycles.
Conventional batteries undergo irreversible degradation over time, but external lithium injection introduces a new concept: "reverse lifespan control." Technically and economically, this model maximizes efficiency. Moreover, it holds great promise for a wide range of applications—from electric vehicles to solar energy storage systems, large-scale ESS (Energy Storage Systems), and drones.
Transforming Battery Lifecycle and Industry Structure
The significance of this technology goes far beyond extending battery life. First, it marks a breakthrough in resource circulation. Whereas batteries were once discarded after their lifespan ended, they can now be reused through periodic lithium replenishment. Second, from an environmental perspective, this offers the dual benefits of reducing electronic waste and decreasing lithium mining. Finally, it carries strategic implications by shifting the battery industry from a "consumables-based" to a "sustainability-based" model.
For instance, EV manufacturers could evolve into service providers that not only supply batteries but also offer battery rejuvenation solutions. This would directly influence the revenue structure of the automotive industry. A new maintenance ecosystem may emerge, requiring certified technicians and service centers, thereby contributing to job creation and industrial innovation.
Challenges on the Path to Commercialization
Still, several hurdles remain. The current technology has only been tested at the cell level; it is not yet verified for modules or packs, especially those used in high-capacity EV batteries. Further research is needed to determine whether similar effects can be achieved with other chemistries, such as nickel- or cobalt-based batteries. Regulatory approval, safety verification, cost structures, and redesigning production processes are also essential prerequisites for commercialization.
The critical question is how to translate laboratory success into real-world industrial viability. Innovation is only meaningful if it can be replicated at scale. Cooperation from existing battery manufacturers is crucial, along with parallel efforts to establish licensing frameworks, certification systems, and lifecycle monitoring protocols.
Batteries and the Human Analogy
Nonetheless, this research clearly represents a turning point. Much like restoring human health, the idea of "treating" batteries redefines them not as disposable items but as energy devices that can be maintained and managed. As EV adoption accelerates globally, this technology is being recognized not just for its efficiency but as a viable path toward a sustainable future.
Battery rejuvenation is more than a technological leap—it’s a strategic innovation that spans resources, the environment, and industry. We are now entering an era where batteries are no longer discarded but restored and reused. This is how technology can truly return value to both life and the planet.
* Reference
Nature, 2025, “External Li supply reshapes Li-deficiency and lifetime limit of batteries, Gao Yue et al.”
