SK온, 리튬메탈 배터리용 고분자 전해질 개발

굿 이너프 교수 연구팀과 공동연구 성과…고속충전 성능·화재 안전성 확보

SK온 CI와 텍사스대 로고

SK온이 상온에서도 구동할 수 있는 리튬메탈 배터리용 고분자 전해질 공동개발에 성공했다. 고(故) 굿 이너프 텍사스대학교 교수 연구팀과 함께 이룬 성과다. 고체 배터리 성능 개선에 기여하고, 나아가 전고체 배터리 개발에도 속도를 높일 것으로 기대된다.

SK온은 굿 이너프 교수의 제자인 하디 카니 교수 연구팀과 신규 고분자 전해질인 'SIPE'를 개발했다고 16일 밝혔다.

SK온은 2020년부터 노벨 화학상 수상자인 굿 이너프 텍사스대 교수팀과 리튬메탈 배터리 구현을 위한 고체 전해질을 공동 개발해왔다. 굿 이너프 교수는 리튬이온 배터리 용량을 2배로 늘린 배터리 선구자다. 2019년 97세에 노벨화학상을 받아 최고령 노벨상 수상 기록도 세웠다. 지난해 6월 이너프 교수 별세 후 제자인 카니 교수가 연구팀을 이끌고 있다.

이 연구는 전기화학 분야의 권위 있는 학술지 '일렉트로케미컬 소사이어티'에 게재됐다.

고분자 전해질은 가격이 저렴하고 제조가 용이해 차세대 고체 배터리 소재로 주목받는다. 하지만 산화물계, 황화물계에 비해 이온전도도가 낮아 70~80°C의 고온에서만 구동하는 점이 극복해야 할 과제였다.

SIPE는 이온 전도도와 리튬 이온 운반율을 개선해 이를 해결했다. 기존 고분자 전해질 대비 상온 이온 전도도를 약 10배까지 끌어올렸으며, 리튬 이온 운반율도 5배 가까이 늘렸다.

리튬 이온 전도도와 운반율이 높아지면 배터리 출력 및 충전 성능도 향상된다. 실험 결과 SIPE를 적용한 배터리는 저속 충방전 대비 고속 충방전 시에도 배터리 방전용량이 77%를 유지했다.


또 SIPE는 높은 기계적 내구성을 갖춰 대량생산이 가능하며, 열적 안전성이 우수해 250℃ 이상 고온에도 견딜 수 있다. 차세대 복합계 고체 배터리에 적용할 경우 충전 속도와 저온 성능을 개선할 것으로 기대된다.

한편, SK온은 고분자-산화물 복합계와 황화물계 등 두 종류의 전고체 배터리를 개발 중이다. 각각 2025년과 2026년에 파일럿 시제품을 생산하고, 2028년과 2029년에는 상용화 시제품을 생산한다는 목표다.

김태경 SK온 차세대배터리센터장은 "이번 연구 성과를 바탕으로 고분자 전해질을 적용한 고체 배터리 개발에 한층 속도를 높일 수 있을 것으로 기대한다"며 "SK온은 신규 소재 기술 경쟁력을 바탕으로 향후 차세대배터리 분야의 성장 기회를 선점해 나갈 것"이라고 말했다.