SK온, ‘꿈의 배터리’ 전고체 배터리 위한 핵심 소재 개발

SK온이 차세대 ‘꿈의 배터리’로 불리는 전고체 배터리에 필요한 산화물계 고체 전해질 공동 개발에 성공했다. 전고체 배터리는 배터리 양극·음극 사이에서 리튬 이온을 전달하는 매개체인 전해질을 액체에서 고체로 바꿔 안정성과 출력을 크게 끌어올린 배터리다. SK온이 이번에 개발한 고체 전해질은 내부에서 리튬 이온의 이동 속도가 크게 개선돼, 배터리 출력 증가와 고속 충전이 가능하다.

SK온과 단국대 공동 연구팀이 개발한 고체 전해질 관련 논문이 게재된 학술지 AFM 표지. /SK온

SK온은 단국대 신소재공학과 박희정 교수 연구팀과 공동 개발한 산화물계 고체 전해질 관련 연구결과가 유명 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials)’ 표지 논문에 게재됐다고 31일 밝혔다. SK온과 단국대 공동 연구팀은 이 기술에 대한 국내외 특허 출원도 완료했다.

연구팀이 개발한 고체 전해질은 배터리 내부에서 리튬 이온의 이동 속도를 의미하는 리튬 이온 전도도를 크게 높이고, 수분과 이산화탄소에 대한 내구성도 확보했다. 리튬 이온 전도도가 높아지면 반대급부로 안정성이 하락하지만, 연구팀은 이를 고체 전해질 소재의 미세 구조를 균일하게 제어하는 기술로 극복했다. 또 고체 전해질은 일반적으로 수분과 이산화탄소에 취약해 대기 중에 장시간 노출되면 전해질 기능이 하락하지만, 이 고체 전해질은 매우 우수한 안정성을 보였다는 게 SK온 측 설명이다.

배터리 용량도 크게 늘릴 수 있다. 액체 전해질을 사용한 기존 리튬 이온 배터리의 최대 사용 전압은 4.3V지만, 산화물계 고체 전해질을 사용하면 최대 5.5V까지 늘어난다. 이를 활용해 배터리를 제조하면 이론적으로는 배터리 용량을 최대 25% 늘리는 것도 가능하다.

최경환 SK온 차세대배터리연구센터장은 “이온 전도도와 대기안정성을 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 했다.

SK온은 현재 고분자·산화물 복합계와 황화물계 등 두 종류의 전고체배터리를 개발하고 있다. 두 종류 모두 2026년 초기 단계의 시제품을 생산하고, 2028년 상용화하는 것을 목표로 하고 있다. 현재 대전 배터리연구원에 건설 중인 차세대배터리 파일럿 플랜트는 내년 완공 예정이다.