SK온-단국대, 학술지 표지논문 게재
배터리 출력 및 충전속도 제고 기대
[이투뉴스] SK온이 세계 최고 수준의 리튬이온전도도를 갖는 산화물계 신(新)고체전해질 개발에 성공했다. 리튬이온전도도는 전해질내 리튬 이온의 이동 속도로, 속도가 빠를수록 배터리 출력이 크고 충전속도가 빠르다.
SK온은 박희정 단국대 신소재공학과 교수 연구팀과 공동개발한 산화물계 고체전해질 연구결과가 세계적 학술지인 <어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials (IF 19.9)> 표지논문으로 실렸다고 31일 밝혔다.
공동 연구팀은 해당 기술에 대한 국내외 특허 출원도 마쳤다.
이 고체전해질은 리튬이온전도도를 크게 높이고 대기 안정성까지 확보했다. 연구팀은 산화물계 고체전해질 소재인 Li-La-Zr-O(리튬-란타넘-지르코늄-산소-LLZO)의 첨가물질 조정으로 리튬이온전도도를 기존보다 70% 개선했다.
또 전도도가 높아지면 안정성이 떨어지는 문제를 해결하기 위해 LLZO의 미세구조를 균일하게 제어했다. 고체전해질은 통상 수분(H₂O)과 이산화탄소(CO₂)에 취약해 장시간 대기에 노출되면 전해질로서의 기능이 떨어진다.
산화물계 고체전해질은 황화물계 대비 이온전도도가 낮지만, 화학적 안정성이 우수해 양극 물질과의 반응성이 적고 리튬의 덴드라이트 현상을 억제할 수 있어 흑연 음극을 고용량 리튬 메탈로 대체할 수 있다.
배터리 용량도 대폭 늘릴 수 있다. 액체전해질을 사용한 리튬이온배터리(LiB)의 최대 사용 전압은 최대 4.3V이지만, 산화물계 고체전해질을 사용하면 최대 5.5V까지 높일 수 있다. 이를 배터리 제작에 적용할 경우, 이론적으로는 최대 25% 증용량이 가능하다.
이 고체전해질을 현재 NCM 양극재를 기반으로 하는 전고체배터리 외에 리튬-황 배터리와 리튬-공기 배터리를 전고체화할 수 있는 소재로도 활용할 수 있다. 현재 개발 중인 리튬-황, 리튬-공기 배터리는 LiB와 같이 액체전해질을 사용하고 있다.
최경환 SK온 차세대배터리연구센터장은 ”이온전도도와 대기안정성을 모두 갖춘 이 고체전해질은 고품질의 전고체배터리를 만들기 위한 혁신 기술로 파급효과가 매우 클 것”이라며 “미래 기술 경쟁력을 바탕으로 향후 차세대배터리 분야의 성장 기회를 선점해 나가겠다”고 말했다.
한편 SK온은 고분자-산화물 복합계와 황화물계 등 두 종류의 전고체배터리를 개발하고 있다. 2026년 초기 시제품을 생산하고, 2028년 상용화가 목표다. 대전 배터리연구원에 건설하고 있는 차세대배터리 파일럿 플랜트는 내년 완공 예정이다.
이상복 기자 lsb@e2news.com