[비즈니스포스트] SK온이 배터리 출력과 충전속도를 크게 늘리는 고체전해질 개발에 성공했다.

SK온은 31일 박희정 단국대학교 신소재공학과 교수 연구팀과 공동 개발한 산화물계 고체전해질 관련 연구결과가 세계적 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼스' 표지논문에 게재됐다고 밝혔다. 산화물계 고체전해질은 기존 액체 형태의 배터리 전해액을 고체 형태로 대체한 것으로 화학적 안정성이 우수하다. 

SK온은 이번 연구를 통해 세계 최고 수준의 리튬이온전도도를 갖는 산화물계 신고체전해질을 개발했다. 리튬이온전도도는 전해질 내 리튬 이온의 이동 속도로 속도가 빠를수록 배터리 출력이 커지고 고속 충전된다.

SK온과 단국대 공동 연구팀은 해당 기술에 대해 국내외 특허 출원도 완료했다. 

공동연구팀은 산화물계 고체전해질 소재인 리튬·란타넘·지르코늄·산소(LLZO)의 첨가물질을 조정해 리튬이온전도도를 기존보다 70% 개선하는 등 세계 최고 수준으로 높였다.  

또 리튬이온전도도가 높아지면 배터리 안정성이 떨어지는 문제가 발생하는데 이를 리튬·란타넘·지르코늄·산소의 미세구조를 균일하게 제어하는 기술을 통해 극복했다. 

고체전해질은 통상 수분과 이산화탄소에 취약해 장시간 대기에 노출되면 전해질로서의 기능이 떨어지지만 이번에 개발된 고체전해질은 매우 우수한 안정성을 보였다.

이에 따라 양극 물질과의 반응성이 적고 리튬 덴드라이트 현상을 억제할 수 있어 흑연 음극을 고용량인 리튬 메탈로 대체할 수 있다. 덴드라이트란 배터리를 충·방전하며 리튬 이온이 음극 표면에 나뭇가지 모양으로 쌓이는 결정체로 분리막을 뚫고 양극에 닿아 화재를 일으킬 수 있다.

SK온은 이번 기술을 통해 배터리 용량도 크게 늘릴 수 있다고 설명했다. 

특히 액체전해질을 사용한 리튬이온배터리(LiB)의 최대 사용 전압은 최대 4.3V지만 산화물계 고체전해질을 쓰면 최대 5.5V까지 늘어난다.
 
이를 배터리 제작에 적용할 경우 이론적으로는 배터리 용량을 최대 25% 늘리는 것도 가능하다.

SK온은 이번 개발로 전고체배터리 경쟁력이 한층 높아질 것으로 기대하고 있다. 

이번에 개발된 고체전해질은 현재 니켈·코발트·망간(NCM) 양극재를 기반으로 하는 전고체배터리에 사용될 수 있다. 

이와 더불어 차세대배터리로 꼽히는 리튬-황 배터리와 리튬-공기 배터리는 물론 SK온이 개발 중인 고분자-산화물 복합 전고체배터리에도 적용 가능하다. 리튬-황 배터리는 양극 소재로 황을 써서 일반 리튬이온전지보다 에너지 밀도를 크게 높였으며 리튬-공기 배터리는 양극 소재로 산소를 사용한 것이 특징이다.

최경환 SK온 차세대배터리연구센터장은 ”이온전도도와 대기안정성을 모두 갖춘 이 고체전해질은 고품질의 전고체배터리를 만들기 위한 혁신 기술로 파급효과가 매우 클 것이다”며 “SK온은 압도적인 미래 기술 경쟁력을 바탕으로 향후 차세대배터리 분야의 성장 기회를 선점해 나가겠다”고 말했다. 전찬휘 기자