[더테크 이승수 기자] SK온이 차세대 배터리 핵심 소재인 단결정 양극재 개발에서 획기적인 성과를 거두며 기술 리더십을 강화했다. 고니켈 기반 양극재의 구조적 한계를 극복한 이번 연구는 전기차 배터리 성능 고도화의 전환점이 될 것으로 평가된다.

SK온은 서울대학교 강기석 교수 연구팀과 공동으로 대형 입자 기반의 고밀도 단결정 양극 전극 개발에 성공했다고 8일 밝혔다. 이번 연구 결과는 세계 최고 권위의 에너지 분야 학술지 ‘네이처 에너지(Nature Energy)’에 게재됐다.

현재 상용화된 다결정 양극재는 여러 입자가 뭉친 구조로, 충·방전 과정에서 균열이 발생해 가스 생성과 수명 저하 문제가 지적돼 왔다. 반면 단결정 양극재는 단일 결정 구조로 안정성과 내구성이 뛰어나지만, 입자를 크고 균일하게 성장시키는 공정 난이도로 인해 상용화에 한계가 있었다.

특히 니켈 함량이 높은 양극재의 경우 고온·장시간 열처리 과정에서 양이온 무질서 현상이 발생해 성능 저하로 이어지는 문제가 있었다. 연구진은 이를 해결하기 위해 나트륨 기반 단결정을 먼저 합성한 뒤 이온 교환을 통해 리튬으로 대체하는 새로운 합성 방식을 도입했다.

그 결과, 기존 대비 약 2배에 달하는 10마이크로미터(μm) 크기의 대형 입자로 구성된 울트라 하이니켈(니켈 함량 94% 이상) 단결정 양극재 개발에 성공했다. 해당 소재는 양이온 무질서가 없고, 가스 발생량이 다결정 대비 25배 감소했으며, 이론적 결정 밀도의 최대 77%에 달하는 에너지 밀도를 구현했다.

SK온은 이번 성과를 바탕으로 차세대 양극재 후속 연구를 이어가며, 소재 조성 고도화와 에너지 밀도 극대화를 위한 기술 개발에 속도를 낼 계획이다.

박기수 SK온 미래기술원장은 “이번 연구는 SK온의 배터리 소재 기술 경쟁력을 입증한 사례”라며 “학계와의 협력을 통해 차세대 배터리 기술 리더십을 지속 강화하겠다”고 밝혔다.