SK온이 차세대 배터리 기술로 주목받는 전고체 배터리의 수명과 안전성을 획기적으로 개선할 수 있는 새로운 연구 성과를 발표했다. 한양대학교와의 공동 연구를 통해 리튬 금속 양극 표면에 보호층을 형성, 배터리 수명을 기존 대비 3배 이상 늘리는 혁신적인 방법이라고 밝혔다.

SK온은 현재 폴리머 산화물 복합체와 황화물 기반의 두 가지 방식의 전고체 배터리를 개발 중이며, 각각 2028년과 2030년 상용화를 목표로 하고 있다. 이번 연구는 황화물 기반 전고체 배터리에 리튬 금속 양극을 적용했을 때 발생하는 짧은 수명 문제를 해결하는 데 초점을 맞췄다고 강조했다.


연구진은 반응성이 높은 리튬 금속 양극 표면에 형성되는 불균일한 무기 화합물 층이 이온 이동을 방해하고 배터리 효율을 저하시키는 동시에 수지상 결정(dendrite) 형성을 촉진하는 현상을 개선하기 위해 새로운 표면 처리 기술을 개발했다고 밝혔다. 니트로메탄, 디메톡시에텐, 질산리튬 혼합 용액에 리튬 금속 양극을 담가 표면층을 제거하고, 질산리튬으로 인해 이온 전도성이 높고 산화리튬으로 기계적 강도가 향상된 보호층을 형성하는 방식이라고 설명했다.


실험 결과, 이 표면 개질된 리튬 금속 양극을 적용한 전고체 배터리는 실온에서 300회 이상의 안정적인 충방전 사이클을 기록하며 기존 리튬 금속 전고체 배터리 대비 3배 향상된 수명을 나타냈다고 주장했다. 해당 기술은 이미 특허 출원을 완료했다.


한편, SK온은 연세대학교와의 공동 연구를 통해 폴리머 전고체 배터리의 음극 열화 메커니즘과 겔 고분자 전해질(GPE)의 경화 시간 간의 연관성을 밝히기도 했다. 연구 결과에 따르면 GPE의 열 경화 시간이 길수록 배터리 성능 유지에 유리한 것으로 나타났다고 밝혔다. 60분 열 경화된 전해질을 사용한 배터리는 방전 용량 감소율이 9.1%에 그친 반면, 20분 열 경화된 배터리는 34%의 용량 감소를 보였다. 연구진은 짧은 열 경화 시간이 음극 보호층의 열화를 촉진하여 배터리 수명을 단축시키는 원인이라고 분석했다.


SK온은 이 외에도 실온 작동이 가능한 고분자 전해질 개발, 빛 에너지 기반 고체 전해질 생산 방식 개발 등 전고체 배터리 기술 혁신을 위한 연구 개발에 박차를 가하고 있다. 현재 대전 한국연구센터에 솔리드 파워의 지원을 받아 전고체 배터리 파일럿 플랜트를 건설 중이며, 올해 하반기 완공을 목표로 하고 있다.


* 위 사진은 2024년 1월 SK온이 미국 전고체 배터리 기업 솔리드파워(Solid Power)와 협력을 강화, 전고체 배터리 개발 속도를 높이기로 계약 체결 당시​



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