SK온, ‘상온 구동’ 리튬메탈 배터리용 고분자 전해질 개발

이온전도도 10배 늘려 상온에서도 구동···고속충전 성능 및 화재 안전성 확보
‘전기차 배터리 선구자’ 故 굿 이너프 교수 연구팀과 공동연구 성과

SK온 및 UT Austin SK온 및 UT Austin 로고. SK온 제공.

SK온이 상온에서도 구동할 수 있는 리튬메탈 배터리용 고분자 전해질 공동개발에 성공했다.

SK온은 미국 텍사스대의 하디 카니 교수 연구팀과 신규 고분자 전해질인 ‘SIPE’(single-ion conducting polymer electrolyte)를 개발했다고 16일 밝혔다. 이번 연구 결과는 전기화학 분야의 권위 있는 학술지 ‘일렉트로케미컬 소사이어티’에 실렸다.

고분자 전해질은 가격이 저렴하고 제조가 용이해 차세대 고체 배터리로 주목받고 있지만, 산화물계나 황화물계보다 이온 전도도가 낮아 70∼80℃ 고온에서만 구동하는 점이 극복해야 할 과제로 꼽혔다. 이온 전도도는 물질의 이온전도 경향을 나타내는 척도로 수치가 클수록 전해질에서 이온이 움직이기 쉽다는 의미다.

SIPE는 이온 전도도와 리튬 이온 운반율(전하 입자가 전기를 나르는 분담의 비율로, 리튬 이온 운반율 수치가 높을수록 리튬 양이온 이동량이 증가함)을 개선해 이같은 문제를 해결했다. 기존 고분자 전해질 대비 상온 이온 전도도를 약 10배까지 끌어올렸으며, 리튬 이온 운반율도 5배 가까이 늘렸다.

리튬 이온 전도도와 운반율이 높아지면 배터리 출력 및 충전 성능은 크게 향상된다. 실험 결과 SIPE를 적용한 배터리는 저속 충방전 대비 고속 충방전 시에도 배터리 방전용량이 77%를 유지했다.

또 SIPE는 높은 기계적 내구성을 갖춰 대량 생산이 가능하며, 열적 안전성이 우수해 250℃ 이상 고온에도 견딜 수 있다. 차세대 복합계 고체 배터리에 SIPE를 적용하면 충전 속도와 저온 성능을 개선할 것으로 SK온은 전망했다.

SK온은 이외에도 고분자-산화물 복합계와 황화물계 전고체 배터리를 개발 중이다. 각각 2025년과 2026년에 파일럿 시제품을, 2028년과 2029년에 상용화 시제품을 생산한다는 목표를 세웠다. SK온은 2020년부터 노벨 화학상 수상자인 굿 이너프 텍사스대 교수팀과 리튬메탈 배터리 구현을 위한 고체 전해질을 공동 개발해왔다. 지난해 6월 이너프 교수 별세 후 제자인 카니 교수가 연구팀을 이끌고 있다.

김태경 SK온 차세대배터리센터장은 "이번 연구 성과를 바탕으로 고분자 전해질을 적용한 고체 배터리 개발에 한층 속도를 높일 수 있을 것으로 기대한다"며 "신규 소재 기술 경쟁력을 바탕으로 차세대 배터리 분야 성장 기회를 선점해 나갈 것"이라고 말했다.

최지영 기자