SK온, ‘꿈의 배터리’ 전고체 난제 연구개발 성과 공개

초고속 광소결 기술·LMRO 양극재 논문 국제 학술지에 잇따라 게재

SK온과 한국세라믹기술원의 산화물계 고체전해질 적용 광소결 기술 연구 결과가 담긴 국제 학술지 ‘ACS 에너지 레터스(ACS Energy Letters)’의 표지./SK온 제공

SK온이 이른바 ‘꿈의 배터리’로 불리는 전고체 배터리 연구개발 성과를 발표하고 기술력 강화에 박차를 가하고 있다. 

13일 SK온에 따르면 국내 유수·기관과 함께 진행한 전고체 배터리 연구개발과제의 결과물이 논문으로 작성돼 최근 국제 학술지에 게재됐다. 일부 연구 결과는 국내외 특허 출현도 완료했다. 

그중 SK온이 한국세라믹기술원 김진호 박사 연구팀과 함께 진행한 연구는 초고속 광소결 기술을 적용한 고분자·산하물 복합계 전고체 배터리 제조 공정 고도화가 핵심이다. 광소결은 강한 빛 에너지를 순간적으로 가해 분말 입자의 결합을 촉진시켜 강도, 내구성 등이 향상된 고체 덩어리를 만드는 공정이다. 

해당 연구를 다룬 논문은 에너지·화학 분야의 저명한 학술지인 ‘ACS 에너지 레터스(ACS Energy Letters)’에 표지 논문으로 실렸다. 논문 저자 9명 중 6명이 SK온 구성원이다.

전고체 배터리는 현재 리튬이온 배터리에 적용되는 액체 전해질을 고체 전해질로 대체한 배터리다. 고체 전해질 종류는 크게 황화물계, 산화물계, 고분자계로 나뉜다.

이중 산화물계 전해질 소재는 리튬이온 이동 경로 및 기계적 강도 증가를 위해 일반적으로 1000도 이상의 고온 및 10시간 이상의 열처리 공정을 요구한다. 그러나 제조 원가 부담과 더불어 소재의 취성 파괴(재료가 파괴될 때 변형없이 갑자기 부서지는 현강)와 같은 취약점이 대두되며 대면적화가 과제로 여겨졌다. 

이와 관련, SK온은 “연구진은 조사된 빛 에너지의 손실을 최소화하는 유색 무기 안료를 발견해 산화물 전해질 소재에 적용시켰다”며“이와 함께 선택적으로 수 초안에 열처리를 가능케하는 초고속 광소결 기술을 활용, 최적의 균일성을 갖는 다공성 구조체를 만드는데 성공했다”고 밝혔다. 

SK온은 또 “초고속 광소결 기술로 제조된 산화물 내부에 고분자 전해질을 포함하는 고분자-산화물 복합전해질을 성공적으로 구현했다”며 “실험 결과 이 전해질이 적용된 배터리는 우수한 수명 특성을 나타냈다”고 했다.

SK온은 망간리치(LMRO) 양극재의 황화물계 전고체 배터리 적용 가능성을 분석한 연구 결과도 공개했다.

서울대학교 이규태 교수 연구팀과 진행한 이 연구는 에너지 소재 분야의 권위 있는 국제학술지인 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼스’의 표지 논문으로 지난달 발간됐다. LMRO 양극재는 니켈, 코발트보다 저렴한 망간이 기반이 되어 원가적 이점이 크다. 다만 기존 리튬이온배터리에 적용시 액체 전해질 부반응로 인한 가스 발생, 전압 강하·용량 감소 등의 난제가 있었다.

이를 해결하기 위해 연구팀은 산소 발생을 저감하는 특수 코팅재를 적용해 배터리 수명을 개선하는 방법을 찾았다.

 박기수 SK온 R&D 본부장은 “이번 성과는 SK온의 적극적 연구개발과 뛰어난 기술 역량이 학계·기관의 전문가들과 시너지를 만들어 이뤄낸 것”이라며 “SK온은 차세대 배터리 분야를 선도하기 위해 연구개발에 더욱 매진하겠다”고 말했다.

/박형남기자 [e-mail]