[기획] 한 걸음 더 '꿈의 배터리'…SK온, 전고체 배터리 핵심 기술 잇따라 확보

SK온이 차세대 배터리로 주목받는 전고체 배터리 분야에서 연구 성과를 잇따라 내놓으며 기술 경쟁력 강화에 속도를 내고 있다고 6일 업계가 전했다.

SK온은 한양대학교와 공동으로 진행한 황화물계 전고체 배터리 수명 향상 연구 결과가 에너지·화학 분야 권위지인 'ACS 에너지 레터스' 4월호에 게재됐다고 밝혔다. 앞서 지난 2월에는 연세대학교 박종혁 교수팀과의 공동 연구 결과가 화학 분야 국제 학술지 '앙게반테 케미'에 실린 바 있다.

전고체 배터리는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 전해질을 기존 액체에서 고체로 대체한 차세대 배터리다. 외부 충격에 강하고 화재 위험이 현저히 낮을 뿐 아니라, 전기차의 주행거리를 획기적으로 늘릴 수 있어 배터리 업계의 판도를 바꿀 '게임 체인저'로 평가받는다.

그러나 기술 구현의 난도가 높아 상용화까지는 아직 넘어야 할 과제가 적지 않은 것이 현실이다. 특히 에너지 밀도를 높이기 위해 기존 흑연 대신 리튬 메탈을 음극재로 사용하는데, 리튬 메탈은 공기 중에 쉽게 반응하는 특성 탓에 충·방전 효율이 떨어지고 배터리 수명이 단축되는 한계가 지적돼 왔다.

기술의 핵심은 리튬 메탈 음극 보호막 기술로 수명 3배 연장이다.
SK온과 한양대 연구팀은 이 문제를 정면 돌파했다. 리튬 메탈 음극을 특수 용액에 담가 이온 이동을 방해하는 불균일한 무기물을 제거하고, 그 위에 전도성이 우수한 리튬나이트라이드(Li₃N)와 기계적 강도가 높은 리튬옥사이드(Li₂O) 기반의 보호막을 형성하는 방식이다.

그 결과는 주목할 만하다. 상온에서 300회 이상 충·방전이 가능해졌으며, 이는 기존 리튬 메탈 음극 배터리 대비 수명을 3배 늘린 수치다. SK온은 이 기술에 대한 국내외 특허 출원도 마쳤다.

연세대와의 공동 연구에서는 젤(gel) 형태 고분자 전해질의 열 경화 시간이 배터리 성능에 미치는 영향을 규명했다. 액상 전해질을 고분자와 혼합해 가열하는 과정에서, 경화 시간이 길수록 배터리 성능 유지에 유리하다는 사실이 실험으로 입증됐다.

실제로 60분간 열 경화한 전해질을 사용한 배터리는 방전 용량 감소가 9.1%에 그쳤지만, 20분 경화에 그친 경우에는 34%가량 줄어드는 것으로 나타났다. SK온은 이 연구 결과가 고분자 산화물 복합계 배터리의 수명 향상에 핵심 기반이 될 것으로 기대하고 있다.

SK온은 현재 고분자 산화물 복합계와 황화물계 등 두 종류의 전고체 배터리를 동시에 개발 중이다. 각각 2028년과 2030년 상용화를 목표로 하고 있다.

박기수 SK온 R&D본부장은 "이번 성과는 지속적인 연구·개발 노력과 기술적 저력이 학계와의 협력을 통해 맺은 결실"이라며 "차세대 배터리의 기술적 난제를 돌파하는 데 핵심 토대가 될 것"이라고 밝혔다.

글로벌 배터리 패권을 둘러싼 경쟁이 치열해지는 가운데, SK온의 잇따른 연구 성과가 전고체 배터리 기술 선점으로 이어질 수 있을지 업계의 관심이 집중되고 있다.

눈카뉴스 윤여찬 기자 yyyyc@naver.com 사진=SK온

[저작권자ⓒ 눈카뉴스. 무단전재-재배포 금지]