[더테크 이승수 기자]   SK온이 ‘꿈의 배터리’로 불리는 전고체 배터리 연구 성과를 유명 국제 학술지에 잇따라 발표하며 차세대 배터리 기술 선점에 나섰다. 학계와 연구 협력을 통한 혁신적 성과를 확보하겠다는 전략이다.

SK온은 한양대학교 김동원 교수팀과 함께 황화물계 전고체 전지의 수명을 높이는 연구에 성공했다고 7일 밝혔다. 리튬 메탈 음극 표면에 보호막을 형성해 배터리의 안전성과 수명을 끌어올리는 방식이다.

이번 연구는 에너지∙화학 분야의 국제적 학술지인 ‘ACS 에너지 레터스(ACS Energy Letters)’ 4월호에 실렸다. 국내외 특허 출원도 완료했다.

전고체 전지의 차세대 음극 소재로 주목받는 리튬 메탈은 기존 흑연 대비 약 10배에 달하는 용량과 낮은 전기화학적 전위를 바탕으로 에너지 밀도 향상과 고출력 구현의 핵심으로 떠오르고 있다.

리튬 메탈은 공기 중에서 반응하기 쉬워 표면에 무기물이 불균일하게 형성된다. 무기물층은 리튬 이온의 이동을 방해해 충∙방전 효율을 떨어뜨리고, 덴드라이트가 발생해 배터리 수명이 짧아지는 원인이 된다. 리튬 메탈 음극을 적용하여 전고체 배터리를 개발하면 상온에서 충∙방전 횟수가 100회로 제한되는 것이 단점이다.

SK온은 전고체 배터리의 짧은 수명 문제를 해결하기 위해 리튬 메탈 음극을 특수 용액에 담가 무기물을 제거하고 전도성이 높은 리튬나이트라이드(Li3N)와 기계적 강도가 높은 리튬옥사이드(Li2O) 기반 보호막을 형성시켰다.

이를 통해 계면 안전성을 확보했으며, 실험 결과 상온에서도 300회 이상 충∙방전이 가능했다. 기존 음극 메탈 배터리 수명을 3배로 늘린 셈이다.

또한 SK온은 연세대학교 박종혁 교수팀과 함께 고분자 산화물 복합계 배터리의 젤 고분자 전해질 경화 시간과 배터리 수명 간의 관계를 규명했다. 이 연구는 지난 2월 화학 분야의 권위 있는 국제 학술지인 ‘앙게반테 케미(Angewandte Chemie)’에 게재됐다.

박기수 R&D본부장은 “이번 성과는 SK온의 지속적인 연구개발 노력과 기술적 저력이 학계와의 협력을 통해 맺은 결실“이라며, “차세대 배터리로 주목받는 고체 전지의 기술적 난제를 돌파하는 데 핵심 토대가 될 것”이라고 말했다.

한편, SK온은 고분자-산화물 복합계와 황화물계 등 두 종류의 전고체 배터리를 개발 중이다. 각각 2028년, 2030년에는 상용화할 계획이다.