세계적으로 저명한 학술지인 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼스' 표지논문에 SK온과 단국대가 공동 개발한 산화물계 신(新)고체전해질 연구 결과가 담겼다. /SK온

[더팩트ㅣ이성락 기자] SK온이 세계 최고 수준의 리튬이온전도도를 갖는 산화물계 신(新)고체전해질 공동 개발에 성공했다. 이번 개발로 전고체배터리 경쟁력이 한층 높아질 것으로 기대된다.

SK온은 31일 단국대 신소재공학과 박희정 교수 연구팀과 공동 개발한 산화물계 고체전해질 관련 연구 결과가 세계적으로 저명한 학술지인 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼스' 표지논문에 게재됐다고 밝혔다.

공동 연구팀은 해당 기술에 대해 국내외 특허 출원도 완료했다.

SK온과 단국대 연구팀은 산화물계 고체전해질 소재인 LLZO(리튬·란타넘·지르코늄·산소)의 첨가 물질 조정을 통해 리튬이온전도도를 기존보다 70% 개선, 세계 최고 수준으로 높였다.

리튬이온전도도는 전해질 내 리튬이온의 이동 속도다. 속도가 빠를수록 배터리 출력이 커지고 고속으로 충전된다.

공동 연구팀은 LLZO의 미세구조를 균일하게 제어하는 기술로 대기 안정성도 확보했다.

고체전해질은 통상 수분과 이산화탄소에 취약해 장시간 대기에 노출되면 전해질 기능이 떨어지지만, 이 고체전해질은 매우 우수한 안정성을 보였다.

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

SK온이 지난 3월 인터배터리 전시회에서 공개한 고분자복합계 전고체배터리 개발품. /SK온

배터리 용량도 크게 늘릴 수 있다. 특히 액체전해질을 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% 늘릴 수 있다.

이 고체전해질은 현재 NCM(니켈·코발트·망간) 양극재를 기반으로 하는 전고체배터리 외에도 차세대 배터리로 꼽히는 리튬·황 배터리와 리튬·공기 배터리를 전고체화할 수 있는 소재로도 활용할 수 있다.

SK온이 현재 개발 중인 고분자·산화물 복합 전고체배터리에도 적용 가능하다. 이를 차세대 배터리에 적용한다면 화재 안전성과 장거리 주행 가능성을 모두 충족시킬 수 있게 된다.

최경환 SK온 차세대 배터리 연구센터장은 "이온전도도와 대기 안정성을 모두 갖춘 이 고체전해질은 고품질의 전고체배터리를 만들기 위한 혁신 기술로 파급 효과가 매우 클 것"이라며 "SK온은 압도적인 미래 기술 경쟁력을 바탕으로 향후 차세대 배터리 분야의 성장 기회를 선점해 나가겠다"고 말했다.

한편 SK온은 고분자·산화물 복합계와 황화물계 등 두 종류의 전고체배터리를 개발하고 있다. 두 종류 모두 2026년 초기 단계의 시제품을 생산하고, 2028년 상용화하는 것을 목표로 하고 있다.

현재 대전 배터리연구원에 건설 중인 차세대 배터리 파일럿 플랜트는 내년 완공 예정이다.

rocky@tf.co.kr