`新고체전해질` 개발 성공… SK온, 전고체배터리 선점

SK온과 단국대가 공동 개발한 산화물계 신고체전해질 연구 결과를 담은 세계적 저명 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈'의 표지. 미세구조를 제어한 산화물계 고체전해질 소재인 'LLZO'를 손으로 표현한 모습. SK온 제공.

SK온이 세계 최고 수준의 리튬이온전도도를 갖는 산화물계 신고체전해질 공동개발에 성공했다. 리튬이온전도도는 전해질 내 리튬 이온의 이동 속도로, 속도가 빠를수록 배터리 출력이 커지고 고속으로 충전된다. 이번 개발로 전고체배터리 경쟁력이 한층 높아질 것으로 전망된다.

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

이 고체전해질은 리튬이온전도도를 크게 높이고 대기 안정성까지 확보했다. 이번 연구팀은 산화물계 고체전해질 소재(Li-La-Zr-O)의 첨가물질 조정으로 리튬이온전도도를 기존보다 70% 개선해 세계 최고 수준으로 높였다.

또 연구팀은 리튬이온전도도가 높아지면 안정성이 떨어지는 문제를 미세구조를 균일하게 제어하는 기술로 극복했다. 이 고체전해질은 수분과 이산화탄소에 장시간 대기에 노출될 때도 우수한 안정성을 보였다. 흑연 음극을 고용량인 리튬 메탈로 대체할 수 있을 것으로 기대된다.

배터리 용량도 크게 늘릴 수 있다. 액체전해질을 사용한 리튬이온배터리의 최대 사용 전압은 최대 4.3V이지만 산화물계 고체전해질을 사용할 경우 최대 5.5V까지 늘어난다. 이를 배터리 제작에 적용할 경우 이론적으로는 배터리 용량을 최대 25% 늘리는 것도 가능하다.

이 고체전해질은 차세대배터리로 꼽히는 리튬-황 배터리와 리튬-공기 배터리를 전고체화할 수 있는 소재로도 활용할 수 있다. 현재 개발 중인 리튬-황, 리튬-공기 배터리에 이 고체전해질을 적용해 전고체배터리로 만들 수 있을 것으로 기대된다.

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 대기안정성을 모두 갖춘 이 고체전해질은 고품질의 전고체배터리를 만들기 위한 혁신 기술로 파급효과가 매우 클 것"이라며 "압도적인 미래 기술 경쟁력으로 향후 차세대배터리 분야의 성장 기회를 선점하겠다"고 말했다.박한나기자 park27@dt.co.kr