SK온, 단국대와 세계 최고 수준 '고체전해질' 개발 성공

SK온이 세계 최고 수준의 리튬이온전도도를 갖는 산화물계 신(新) 고체전해질 공동개발에 성공했다. 차세대 전지로 꼽히는 전고체 배터리 개발 경쟁력 강화에 도움을 줄 것으로 보인다. 리튬이온전도도는 전해질 내 리튬 이온의 이동 속도를 말한다.

SK온은 단국대학교 신소재공학과 박희정 교수 연구팀과 공동 개발한 산화물계 고체전해질 관련 연구 결과가 세계적으로 저명한 학술지인 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼스' 표지논문에 게재됐다고 31일 밝혔다. SK온과 단국대 공동 연구팀은 해당 기술에 대해 국내외 특허 출원도 완료했다.

이 고체전해질은 리튬이온전도도를 크게 높이고 대기 안정성까지 확보한 것이 특징이다. SK온·단국대 연구팀은 산화물계 고체전해질 소재인 Li-La-Zr-O(리튬-란타넘-지르코늄-산소(LLZO))의 첨가물질 조정을 통해 리튬이온전도도를 기존보다 70% 개선해 세계 최고 수준으로 높였다.

또 리튬이온전도도가 높아지면 안정성이 떨어지는데 SK온·단국대 연구팀은 이를 LLZO의 미세구조를 균일하게 제어하는 기술로 극복했다. 고체전해질은 통상 수분(H2O)과 이산화탄소(CO2)에 취약해 장시간 대기에 노출되면 전해질로서의 기능이 떨어지지만 이 고체전해질은 매우 우수한 안정성을 보였다.
배터리 용량도 크게 늘릴 수 있다. 특히 액체전해질을 사용한 리튬이온배터리(LiB)의 최대 사용 전압은 최대 4.3V(볼트)이지만, 산화물계 고체전해질을 사용할 경우 최대 5.5V까지 늘어난다. 이를 배터리 제작에 적용할 경우, 이론적으로는 배터리 용량을 최대 25% 늘리는 것도 가능하다.

이 고체전해질은 현재 NCM 양극재를 기반으로 하는 전고체배터리 외에도 차세대배터리로 꼽히는 리튬·황 배터리와 리튬·공기 배터리를 전고체화할 수 있는 소재로도 활용할 수 있다.

또 SK온이 개발 중인 고분자-산화물 복합 전고체배터리에도 적용 가능하다. 산화물계 고체전해질은 고분자계보다 기계적 성질이 우수해 덴드라이트 현상을 억제하는 등 기존 고분자 전고체배터리의 한계를 극복할 수 있기 때문이다.

최경환 SK온 차세대배터리연구센터장은 "이온전도도와 대기 안정성을 모두 갖춘 이 고체전해질은 고품질의 전고체배터리를 만들기 위한 혁신 기술로 파급효과가 매우 클 것"이라며 "SK온은 압도적인 미래 기술 경쟁력을 바탕으로 향후 차세대배터리 분야의 성장 기회를 선점해 나가겠다"고 말했다.


김정희 글로벌이코노믹 기자 jh1320@g-enews.com