[비즈니스포스트] SK온이 실험 환경에서 전고체 배터리 음극재 수명 연장에 성공했다.

SK온은 김동원 한양대학교 교수팀과 함께 진행한 황화물계 전고체 전지 수명 연장 연구에 성공했다고 6일 밝혔다. 양측은 연구 성과를 에너지∙화학 분야 국제학술지 'ACS 에너지 레터스' 4월호에 싣고 국내외 특허 출원도 완료했다.

전고체 전지의 차세대 음극 소재로 주목받는 리튬 메탈은 기존 흑연 대비 약 10배에 달하는 용량과 낮은 전기화학적 전위를 바탕으로 에너지 밀도 향상과 고출력 구현의 핵심으로 떠오르고 있다.

리튬 메탈은 공기 중에서 반응하기 쉬워 표면에 무기물이 불균일하게 형성된다.

무기물층은 리튬 이온의 이동을 방해해 충∙방전 효율을 떨어뜨리고 덴드라이트가 발생해 배터리 수명 단축의 원인이 된다. 덴드라이트란 충전 과정에서 리튬 금속이 음극에서 불규칙한 나뭇가지처럼 뾰족하게 자라나는 현상을 말한다.

리튬 메탈 음극을 적용해 전고체 배터리를 개발하면 상온에서 충∙방전 횟수가 100회로 제한되는 단점이 있다.

이에 SK온은 이같은 짧은 수명 문제를 해결하기 위해 리튬 메탈 음극을 특수 용액에 담가 무기물을 제거하고 전도성이 높은 리튬나이트라이드와 기계적 강도가 높은 리튬옥사이드 기반 보호막을 형성시켰다. 특수 용액은 나이트로메테인, 메톡시에테인, 리튬나이트레이트 등을 혼합해 만들었다.

이를 통해 계면 안전성을 확보했고 상온에서도 300회 이상 충방전이 가능해진다는 것을 실험을 통해 확인했다. 기존 리튬 메탈 저노체 배터리 수명을 약 3배 늘린 것이다.

SK온은 그 외에도 박종혁 연세대 교수팀과 함께 고분자 산화물 복합계 배터리의 젤 고분자 전해질 경화 시간과 배터리 수명 간의 상관 관계도 규명했다고 전했다. 해당 연구는 올해 2월 화학 분야 국제 학술지 '앙게반테 케미'에 게재됐다.

SK온은 두 연구 성과를 활용해 고분자∙산화물 복합계와 황화물계 등 두 종류의 전고체 배터리를 개발하고 있으며 각각 2028년, 2030년에 상용화한다는 목표를 세웠다.

박기수 SK온 R&D본부장은 "이번 성과는 SK온의 지속적 연구개발 노력과 기술적 저력이 학계와의 협력을 통해 맺은 결실"이라며 "차세대 배터리로 주목받는 고체 전지의 기술적 난제를 돌파하는 데 핵심 토대가 될 것"이라고 말했다. 손영호 기자