SK온, 세계 최고 리튬이온 전도도 고체전해질 개발 성공

단국대 박희정 교수 연구팀과 공동 개발
배터리 출력↑ 고속 충전 가능

AFM 논문표지. SK온 제공

SK온은 세계 최고 수준 리튬이온 전도도를 갖는 산화물계 신(新)고체전해질 공동 개발에 성공했다고 31일 밝혔다. 리튬이온 전도도는 전해질 내 리튬 이온의 이동 속도를 말하는데 전도도가 빠를수록 배터리 출력이 커지고 고속 충전이 가능하다.

회사는 단국대 신소재공학과 박희정 교수 연구팀과 공동 개발한 산화물계 고체전해질 관련 연구 결과가 국제 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼스' 표지 논문에 실렸다고 전했다. 회사와 연구팀은 국내외 특허 출원도 마쳤다.

회사에 따르면 이 고체전해질은 리튬이온 전도도를 크게 높이고 대기 안정성까지 확보한 게 특징이다. 회사와 단국대 연구팀은 산화물계 고체전해질 소재인 리튬-란타넘-지르코늄-산소(Li-La-Zr-O·LLZO)의 첨가 물질을 조정해 리튬이온 전도도를 기존보다 70% 개선해 세계 최고 수준으로 높였다.

특히 리튬이온 전도도가 높아지면 안정성이 떨어지는데 이런 한계는 LLZO의 미세구조를 균일하게 제어하는 기술로 극복했다고 회사 측은 설명했다. 고체전해질은 통상 수분과 이산화탄소에 취약해 오랜 시간 대기에 노출되면 전해질 기능이 떨어지지만 이 고체전해질은 매우 우수한 안정성을 보였다고 한다.

산화물계 고체전해질은 황화물계에 비해 이온전도도가 낮지만 화학적 안정성이 뛰어나 양극 물질과 반응성이 적고 화재 원인이 되는 리튬 덴드라이트 현상을 억제할 수 있어 흑연 음극을 고용량인 리튬 메탈로 대체할 수 있다.

배터리 용량도 크게 늘릴 수 있다. 특히 액체 전해질을 사용한 리튬이온배터리(LiB)의 최대 사용 전압은 최대 4.3볼트(V)지만 산화물계 고체전해질을 사용할 경우 최대 5.5V까지 늘어난다. 이를 배터리 제작에 적용하면 이론적으로는 배터리 용량을 최대 25% 늘리는 것도 가능하다고 SK온은 설명했다.

최경환 SK온 차세대배터리연구센터장은 "이온 전도도와 대기 안정성을 모두 갖춘 이 고체전해질은 고품질의 전고체 배터리를 만들기 위한 혁신 기술로 파급 효과가 매우 클 것"이라며 "미래 기술 경쟁력을 바탕으로 향후 차세대 배터리 분야의 성장 기회를 선점하겠다"고 전했다.

박지연 기자 jyp@hankookilbo.com